مفاهیم اولیه در آسایش حرارتی بخش اول
حامد مصلحی
| دسته بندی:
مبانی انرژی و آسایش حرارتی
| تاریخ انتشار:
04 تیر 1400
تعادل دمایی بدن انسان (تحلیل ریاضی بدن انسان)
اصولا به لحاظ دمایی قسمت آسیب پذیر بدن انسان نسبت به گرما، سر و بالا تنه است. از همین رو برای رسیدن به آسایش حرارتی، مکانیزم جابجایی (Convectional) از بالا بهترین الگوی دمایی می باشد. اما بدترین شکل احساس آسایش حرارتی، برخورد باد گرم به سر انسان می باشد. بنابراین بهترین مکانیزم ایجاد آسایش حرارتی، تولید گرما از کف و بهترین مکانیزم ایجاد آسایش برودتی، تولید سرما از سقف می باشد. (گرم ترین نقطه بدن انسان سر و سردترین نقطه بدن انسان پا است)
توجه : در ایجاد آسایش حرارتی (تولید گرما از کف) دمای کف می بایست بین 28 تا 30 درجه سانتیگراد و به روش تابش (Radiation) باشد. طبق استاندارد احساس آسایش در گرمایش از کف می بایست دما بین 18 تا 21 درجه با رطوبت نسبی 40 درصد باشد. در روش گرمایش از کف 25 درصد کاهش مصرف انرژی خواهیم داشت.
با استفاده از رابطه زیر می توان احساس انسان نسبت به دمای محیط و احساس آسایش را تجزیه و تحلیل نمود :
با توجه به رابطه مذکور در خصوص مدل ریاضی بدن انسان ∆S شاخص های نسبی برای بررسی منطقه آسایش انسان تعیین شده اند.
توجه : در محاسبات بارهای سرمایشی عدد خام 24 درجه سانتیگراد (75 درجه فارنهایت) و در محاسبات بار گرمایش عدد خام 21 درجه سانتیگراد (70 درجه فارنهایت) مبنای طراحی نیستند. می بایست بر اساس شرایط کار (کاربری)، دماهای منطقی وارد شوند.
توجه : در مبحث سرمایش، با کاهش هر یک درجه سانتیگراد دمای داخل اتاق به طور تقریبی 3 تا 5 درصد افزایش مصرف انرژی خواهیم داشت. بنابراین اولین قدم مطالعه و تحلیل دقیق دمای داخل اتاق است
مقدار معیار | 4- | 3- | 2- | 1- | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
نوع احساس | سرمای شدید | سرمای زیاد | احساس سرد | کمی سرد | خنثی | کمی گرم | احساس گرما | گرمای زیاد | گرمای شدیی |
شاخص‌های آسایش
عوامل تاثیرگذار بر آسایش حرارتی، 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 عوامل آسایش بایستی در تعامل با یکدیگر باشند تا به کمک آنها بتوان شرایط مشخصی را به عنوان آسایش حرارتی در نظر گرفت.
1. میزان فعالیت: بدن ما توسط فرآیند متابولیسم، حرارت تولید میکند، زمانی که خواب هستیم گرمای متابولیکی کمتری نسبت به حالت نشستن، راه رفتن و دویدن تولید می‌کنیم. معیار استاندارد میزان فعالیت «مِت» است. مت در واقع گرمای آزاد شده در واحد سطح پوست بدن یک فرد است.
1 Met = 58 W/m2 (356 Btu/hr)
فعالیت | Met |
خواب | 0/7 |
نوشتن یا خواندن در حالت نشستن در اداره | 1 |
حالت ایستاده کار در اداره | 1/4 |
راه رفتن معمولی | 1/7 |
راه رفتن با سرعت 2متر بر ساعت | 2 |
خانه تکانی | 3/4-2 |
فعالیت ورزشی، فعالیت اجتماعی | 4/4-2/4 |
کارهای ماشینی سنگین | 4 |
2. لباس: لباس به عنوان عایق حرارتی عمل کرده و کاهش گرمای بدن را کند میکند. برای تعریف نمودار آسایش حرارتی، باید واحد یکسانی برای لباس پوشیدن افراد داشته باشیم. با توجه به اینکه هر لباس ارزش عایقی خود را دارد، از واحدی به نام کلو (clo) برای هرکدام استفاده می‌کنیم. (0/5 کلو به معنای لباس خیلی نازک و 1 کلو به معنی لباس سنگین در محیط داخلی است.)
توصیف کلی | clo |
شلوار بلند و بلوز آستین کوتاه | 0/57 |
دامن تا زانو و بلوز آستین کوتاه | 0/54 |
شلوار بلند و بلوز آستین بلند و ژاکت | 0/96 |
دامن کوتاه به همراه شلوار بلند ، زیر پیراهن و آستین بلند | 1/1 |
کت بلند تمام قد ، تی شرت | 0/72 |
3. انتظارات افراد: انتظارات افراد، بر درک و شناخت آنها از راحتی و آسایش در داخل یک ساختمان، بر طراحی سیستم تأثیرگذار است. سه وضعیت زیر را در یک روز خیلی گرم در نظر بگیرید:
الف) شخصی که وارد یک ساختمان اداری که دارای سیستم تهویه مطبوع است می‌شود، این شخص انتظار یک ساختمان با آسایش حرارتی را دارد.
ب) شخصی که وارد هتل درجه یک می‌شود، با صرفنظر از دمای هوای خارج انتظار یک محیط با هوای مطبوع را دارد.
ج) شخصی که وارد یک آپارتمان با تهویه طبیعی و پنجره‌های باز می‌شود انتظارات کمتری برای یک محیط با هوای مطبوع دارد. وی انتظار یک محیط خنک تر را نسبت به بیرون دارد، البته نه همانند یک ساختمان اداری یا هتل درجه یک با هوای مطبوع.
استاندارد آسایش حرارتی معیارهای مختلفی را برای ساختمان‌هایی با تهویه مکانیکی و تهویه طبیعی ارائه میکند و همچنین بیان میدارد که هر چه توانایی ما برای کنترل دمای محیط بیشتر باشد احساس آسایش بیشتری خواهیم داشت.
4. دمای هوا: شرایط دمایی فضای اطراف ما بسیار مهم است. این دما از سر تا انگشت پا تفاوت دارد و به مرور زمان تغییر میکند. دما مهمترین پارامتری است که بصورت مستقیم بر روی آسایش ساکنین تاثیر گذار است. شرایط آسایش حرارتی زمانی برقرار خواهد بود که بدن در تعادل گرمایی با محیط اطراف باشد یا به عبارتی دمای پوست کمترین تغییرات را داشته باشد. در حالت کلی دمای مناسب هوای محیط برای تابستان حدود 23 درجه سانتیگراد و برای زمستان حدود 21 درجه سانتیگراد می‌باشد.
نوع ساختمان |
|
| |||||
طراحی لوکس | طراحی اقتصادی | تنظیم رطوبت | بدون تنظیم رطوبت | ||||
DB (℃) | RH % | DB (℃) | RH % | DB (℃) | RH % | DB (℃) | |
آپارتمان، هتل، بیمارستان، منازل، ادارات، مدرسه | 24-23 | 50-45 | 26-25 | 50-45 | 24-23 | 35-30 | 25-24 |
مغازه، بانک، آرایشگاه‌ها، فروشگاه‌ها | 25-24 | 50-45 | 27-25 | 50-45 | 23-22 | 35-30 | 24-23 |
مساجد، تئاتر، رستوان، آشپزخانه | 5-24 | 55-50 | 27-25 | 60-50 | 23-22 | 40-35 | 24-23 |
فضاهای صنعتی | 27-25 | 55-45 | 29-27 | 60-50 | 22-20 | 35-30 | 23-21 |