مأخذ: ماهنامه اشری – دسامبر 2017

ترجمه: مهندس سید فرخ میرحیدری

……………………………………………………………

چگونه استاندارد 2017-55 به طراحی کمک می‌کند؟

همان‌طور که در شکل 2 نشان داده شد، در ساختمان‌های دارای تهویه مکانیکی، قدم اول در ارزیابی آسایش حرارتی شناسایی فضای مربوطه و به دنبال آن شناسایی ساکنین درون آن فضاهاست. استاندارد نیاز دارد به اینکه ساکنینی که باید از آنالیز حذف شوند، شناسایی شوند.

این استاندارد، ساکن را به‌عنوان یک فرد یا ترکیب یا متوسطی از چندین ساکن که نماینده جمعیتی هستند که فضا را برای بیشتر 15 دقیقه اشغال می‌کنند، تعریف می‌کند. طراحان نیاز دارند برای انتخاب نماینده ساکنین بر اساس تجربه، قوه تشخیص خود را تقویت کنند.

هدف این استاندارد، کمک به فراهم نمودن دمای محیط با رضایتمندی دمایی حداقل80% برای ساکنین است. در انجام این کار، اذعان می‌شود به‌واسطه اختلافات فردی تلاش برای رسیدن به رضایت 100% ساکنین امری بیهوده است، به‌جز در مواردی که کنترل شخصی بر هر کدام از سکنه در نظر گرفته شود.

پیش‌بینی آسایش حرارتی با استفاده از مدل WBC نیازمند 6 فاکتور یا متغیر مستقل، به‌عنوان ورودی (در شکل 2 با رنگ قرمز نشان داده شده) است: 2 فاکتور شخصی برای نماینده ساکنین و 4 فاکتور محیطی که محیط اطراف یک فرد را توصیف می‌کند.

فاکتورهای شخصی شامل سطح عایق بودن لباس فرد (clo) و نرخ متابولیکی (met) نشان‌دهنده سطح فعالیت می‌شود. طراحان با استفاده از جدول داده شده در استاندارد می‌توانند فاکتورهای شخصی را به دست بیاورند.

فاکتورهای محیطی شامل: دمای هوا ، متوسط سرعت هوا (Va)، متوسط دمای تابشی (or MRT) و رطوبت نسبی (RH) هستند. این فاکتورها باید نشان‌دهنده متوسط شرایط محیطی اطراف نماینده ساکنین باشند.

دما و سرعت هوا بر اساس مکان و زمان میانگین گرفته (تقریبی) می‌شوند. دما و سرعت معمولاً در اصول مهندسین و داده‌های تولیدکنندگان حاصل می‌شوند. متوسط دمای تابشی یک میانگین فضایی در محیط اطراف فرد ساکن است.

دماهای سطحی به‌وسیله نرم‌افزارهای شبیه‌سازی دینامیکی به‌دست می‌آیند. ترکیب دما و سرعت متوسط و متوسط دمای تابشی منجر می‌شود به دمای کارکرد که این دما از گرمای تبادل شده‌ی هم‌رفتی و تابشی بین فرد ساکن و محیط اطراف حاصل‌شده است.

فرضیات مدل WBC در شکل شماره 2 به رنگ آبی نشان داده شده‌اند؛ این فرضیات برای مدل WBC به‌دست آمده تحت هر شرایطی برقرار هستند. استفاده از فاکتورهای شخصی و محیطی برای مدل WBC، یک میانگین رأی پیش‌بینی‌شده (PMV) و درصد نارضایتی پیش‌بینی‌شده (PPD) برای ساکنین، ارائه می‌کند.

انطباق با استاندارد 55-2017 مستلزم این موارد است:

شکل 3 مقادیر احساس دمایی PMV را نشان می‌دهد؛ در اینجا آستانه 0.5± به حس دمای خنثی مربوط می‌شود.

وقتی پیش‌بینی می‌شود تابش مستقیم خورشید روی یک فرد است، مدل خورشیدی SolarCal میانگین دمای تابشی (MRT) روی فرد را با یک میانگین دمای تابشی زیاد (∆MRT) تنظیم می‌کند که روی تعادل حرارتی WBC و روی آسایش PMV تأثیر می‌گذارد.

استفاده از مدل SolarCal به‌جای تکیه صرف بر تهویه مطبوع پرمصرف، امکان کاهش تابش خورشیدی مستقیم روی ساکنین از طریق طراحی معماری و مهندسی را فراهم می‌سازد.

در شرایط گرم که با حس دمایی PVM پیش‌بینی می‌شود، افزایش حرکت هوا می‌تواند در افزایش سرمایش هدایتی بدن برای جبران دماهای کاری بالا و نیز کاهش یا حتی حذف نیاز به سرمایش مکانیکی مورد استفاده قرار گیرد. روش آسایش منطقه‌ای با سرعت‌بالای هوا بر اساس مدل SET بنا شده است.

مدل SET به این دلیل که ترکیبی از دما، رطوبت و سرعت هوا را در یک شاخص واحد به کار می‌برد استفاده می‌شود؛ بنابراین دو محیط با SET یکسان حتی با اینکه سرعت هوای متفاوت دارند، باید واکنش ترموفیزیولوژی یکسانی ایجاد کنند.

این روش امکان مرتبط ساختن اثرات سرعت هوا بر آسایش حرارتی در طیف وسيعی از دماهای هوا، دماهای تابشی و رطوبت را فراهم می‌سازد. حدود افزایش سرعت هوا بر اساس نتایج نظرسنجی‌های میدانی تعیین می‌شود که شامل حرکت (گردش) هوا با دسترسی یا عدم دسترسی به کنترل در محل با فرض سطوح افزایش‌یافته‌ی کنترل ساکنین برسرعت هوا می‌شود، منجر به افزایش میزان پذیرش برای سرعت‌های بالاتر هوا می‌شود.

محیط‌های داخلی می‌توانند غیر همگن باشند و همچنین کمیت‌های فیزیکی (دمای هوا، سرعت هوا، دماهای سطح) امکان تغییر در فضا و امکان نوسان در زمان را دارند. پس از آنالیز WBC، شرایط غیریکنواخت فضایی (سه‌بعدی) و موقت دمایی که ممکن است علت ناراحتی ساکنین از عدم آسایش دمایی محلی باشد، مرتفع می‌گردد. استاندارد 2017-55 طیف‌های مجاز برای شرایط غیریکنواخت را عنوان می‌کند.

شواهد تحقیقات نشان می‌دهد که وقتی احساس حرارتی کلی ساکنین به‌واسطه ترکیبی از محیط خنک‌تر، سطح فعالیت پایین‌تر و یا پوشش لباس کمتر به سمت سرد حالت دمایی خنثی می‌رود، آن‌ها به نوسان دما و عدم آسایش محلی حساس‌ترند.

برای به حداقل رساندن ریسک عدم آسایش ناشی از کوران هوای سرد، اگر دمای کاری کمتر از 22.5ºC (72.5ºF) باشد، متوسط سرعت هوا در اتاق نباید از 0.15m/s (30‌fpm) بیشتر باشد.

متوسط دمای خارجی غالب و دمای کاری داخلی متوسط دمای خارجی غالب (نشان‌دهنده دمای خارجی است که ساکنین از لحاظ فیزیولوژیکی، رفتاری و روانشناسی در یک ساختمانی با تهویه‌ی طبیعی با آن سازگارند)، میانگین عددی متوسط دمای خارجی روزانه در دوره‌های چند روزه است.

برخلاف مدل WBC، مدل ATC فاکتورهای شخصی را به صراحت در نظر نمی‌گیرد، چون این مدل مستقیماً آسایش ساکنین را با دمای کاری و متوسط دمای خارجی غالب مرتبط می‌داند. بااین‌حال، از مطالعات میدانی، مدل ATC نیازمند این است که در آستانه‌های به خصوصی از نرخ متابولیکی و مقدار پوشش مورد استفاده قرار گیرد.

از مطالعات میدانی، متوسط سرعت هوا در ساختمان‌هایی با شرایط تهویه طبیعی معمولاً کمتر یا مساوی است با 0.3m/s (60fpm) است.

بنابراین مدل ATC از روش سرعت هوای افزایش یافته در ناحیه آسایش جهت محاسبه سرمای افزایش یافته حاصل از ازدیاد سرعت هوا، استفاده می‌نماید (برای مثال استفاده از پنکه‌های سقفی).

مجموعه‌ای از ابزارهای نرم‌افزاری وجود دارند که می‌توانند جهت کمک به محاسبه آسایش حرارتی که در شکل 2 نشان داده شده است، مورد استفاده قرار گیرند که عبارتند از: محاسبات صفحه گسترده، شبیه‌سازی‌های کلی دینامیکی، دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) و همین‌طور نرم‌افزار و ابزارهایی جهت آسایش سفارشی که جهت پیاده‌سازی مدل‌های آسایش حرارتی به کار می‌روند.

استاندارد 2017-55 ابزار آسایش حرارتی ASHRAE را فراهم می‌کند که با ابزار آسایش حرارتی CBE(http://comfort.cbe.berkeley.edu ترکیب‌شده و می‌تواند جهت مطالعه گزینه‌های طراحی برای آسایش و همینطور انطباق سنجی با استاندارد 55 به کار رود.

مقالات تدوین‌شده در این راستا نحوه استفاده از این ابزارها را جهت تحلیل آسایش حرارتی برای کمک به تصمیم‌گیری‌ها در رابطه با طراحی جهت کاربردهای گوناگون نشان می‌دهند.

نتیجه‌گیری:

تحلیل‌های آسایش حرارتی به طراحان اجازه می‌دهد تا بر روی ارتقاي مهم‌ترین جنبه‌های تأثیرگذار محیطی در طراحی؛ که منجر به افزایش آسایش حرارتی و کارآمدی (بازده) ساکنین در راستای نیازمندی‌ها و اولویت‌های مالکین می‌شود، تمرکز کنند.

دانش دقیق و تعریف ساکنین از درک آسایش همراه با واکنش‌های متفاوت آن‌ها به شرایط محیطی به طرح بهتر استراتژی‌های مصرف کمتر انرژی کمک می‌کند.

به‌عبارت‌دیگر صرف‌نظر کردن از آسایش ممکن است باعث ناراحتی ساکنینی شود که برای کاهش ناراحتی خود مجبورند انرژی بیشتری مصرف کنند.