شرایط آسایش دمایی انسان


به طور کلی جهت پیش بینی شرایط آسایش دمایی برای انسان ۶ پارامتر بایستی مورد بررسی قرار گیرد، میزان فعالیت بدنی، میزان عایق بودن لباس ها، سرعت هوا، رطوبت نسبی، دمای حباب خشک هوا خشک هوا و دمای متوسط تابشی (MRT) :  میزان فعالیت بدنی و نوع پوشش بر مبنای نوع فضا مشخص می شود (اداره، سالن ورزشی، کارگاه تولیدی و …)، معمولا سرعت هوا باید به گونه ای باشد که مانع ایجاد جریان شدید هوا شود و از سوی دیگر هوای تازه مورد نیاز و متناسب با نوع محل را برای ساکنان فراهم نماید، بنابراین رطوبت نسبی دمای حباب خشک هوا و دمای متوسط تابشی تنها پارامترهایی می باشند که مهندس مشاور در رابطه با ساکنان باید مدنظر قرار دهد. با وجود این امروزه معمولا در طراحی سامانه های گرمایشی نقش دمای متوسط تابشی در نظر گرفته نمی شود، در حالی که نمی توان نقش این دما را در کاهش بار حرارتی محاسبه شده در سامانه های گرمایش تابشی نادیده گرفت.

برای ایجاد احساس آسایش دمایی در افراد ابتدا بایستی نرخ تولید گرما در بدن و نحوه ی تبادل آن با محیط را مورد مطالعه قرار دهیم .گرمای تولیدی سوخت و ساز بدن به نوع فعالیت و ابعاد فیزیکی فرد مورد مطالعه بستگی دارد. برای مثال توان تولیدی بدن یک مرد با اندام متوسط که با آرامش نشسته باشد، حدود W 108 می باشد،  در حالی که اگر وی با سرعتی معادل(mph 0/3) m/s 34/1 حرکت کند. این توان   ۲۰۷  wخواهد بود. شکل زیر توان تولیدی سوخت و ساز بدن را برای یک مرد متوسط حین برخی فعالیت ها نشان می دهد.

بدن انسان به چندین روش با محیط اطراف تبادل گرما می کند:  بدن هنگام تعرق و تنفس انرژی را بیشتر به صورت گرمای نهان با محیط مبادله می کند.  بایستی توجه داشت که تبخیر محدود به آب خارج شده از بدن به واسطه تعرق نیست،  بلکه در حالت عادی نیز آب از طریق نفوذ از پوست عبور می کند و از روی سطح آن تبخیر می گردد. اما گرما از طریق تابش و جابه جایی نیز بین بدن و محیط اطراف مبادله می شود (گرمای محسوس) . انتقال حرارت جابه جایی (همرفتی) می تواند به صورت جابه جایی آزاد هوا یا به صورت اجباری (به کمک دمنده یا جریان باد) صورت گیرد.  نحوه فعالیت فرد، سرعت جریان هوا و دمای هوای اطراف عوامل مؤثر بر میزان انتقال حرارت جابه جایی می باشند.

از آنجا که انتقال حرارت تابشی از طریق هوای محیط صورت نمی پذیرد، بنابراین مختصات محل استقرار فرد نسبت به سطوح و اشیاء اطراف و اختلاف دمای بین بدن و اشیاء، تعیین کنندهی میزان انتقال حرارت تابشی بین فرد و محیط اطرافش خواهد بود. از این رو دمای هوای اطراف فرد تاثیری بر میزان انرژی تابشی مبادله شده ندارد.

انتقال حرارت تابشی و جابه جایی بین فرد و محیط اطراف الزاما در یک جهت نمی باشد؛ برای مثال اگر دمای پوست بیشتر از دمای هوای اطراف و کمتر از دمای اشیاء اطراف که تحت فروتابش آنها قرار دارد، باشد، در این صورت بدن از طریق جابجایی مقداری گرما از دست می دهد، در عین حال که به وسیله ی تابش مقداری گرما جذب می کند (مانند ایستادن کنار آتش در هوای سرد).

همان گونه که قبلا اشاره شد، معمولا مهندسان محاسب شرایط آسایش دمایی را فقط متناظر با دمای هوای داخل اتاق در نظر می گیرند و بدین لحاظ انتخاب سامانه های گرمایشی را بر مبنای اختلاف دمای هوای طرح داخل و خارج انجام می دهند. بایستی توجه داشت که دمای هوای طرح داخل همواره نمی تواند تضمین کننده ی آسایش دمایی ساکنان باشد، چرا که در این محاسبات تاثیر فروتابش اجسام مجاور بر افراد منظور نمی گردد. فردی که را در زمستان در دمای C° ۱۰ و در فضای بیرون خانه در یک روز آفتابی است،  انرژی بدن وی از دو طریق کاهش می یابد: (۱) از انتقال حرارت جابه جایی با هوای اطراف (۲) تابش به اجسام اطراف (مانند درختان) که تقریبا در تعادل دمایی با هوای محیط قرار دارند. با وجود این دریافت انرژی از طریق تابش خورشید در مجموع موجب می شود این فرد در دمای هوای C° ۱۰ احساس آسایش دمایی نماید.

مثال فوق نشان می دهد که جهت تامین شرایط آسایش دمایی نمی توان تاثیر تابش را نادیده گرفت. بنابراین برای بررسی شرایط آسایش دمایی انسان ضروری است هر دو پارامتر دمایی موثر در آسایش دمایی که در ابتدای این بخش به آنها اشاره شد را مد نظر قرار داد. دمای موثر به عنوان مبنای محاسبه آسایش دمایی انسان پیشنهاد می شود . به عبارت دیگر تنها دمای مؤثر (که ترکیبی از دمای هوا و دمای متوسط تابشی است) توسط افراد احساس می شود. شکل زیر تفاوت این سه دما را به صورت شماتیک نشان می دهد.

دمای متوسط تابشی به صورت زیر تعریف می شود :

دمای موثر به صورت زیر تعریف می شود:

« دمای محفظه ای با سطوح سیاه فرضی است که چنانچه فرد در داخل آن قرار گیرد، به اندازه ی محیط حقیقی ناهمگون، تبادل گرما به صورت جابه جایی و تابشی داشته باشد.»  

در سامانه های همرفتی ابتدا هوا گرم شده، سپس اشیاء و افراد و بطور کلی محیط به واسطه ی انتقال حرارت جابه جایی از طریق هوا گرم می شوند،  لذا دمای آن ها همان گونه که در شکل زیر مشاهده می شود، کمتر از دمای هوا خواهد بود. بنابراین در این سامانه ها دمای متوسط تابشی کمتراز دمای هوا می باشد، در حالی که در سامانه های گرمایش تابشی سطوح افراد و اشیاء مستقیما از طریق تابش گرم شده و سپس هوای اتاق در تماس با این سطوح از طریق جابه جایی گرم می شود، بنابراین همواره در این سامانه ها دمای متوسط تابشی بیشتر از دمای هوا خواهد بود.

مقایسه ی دمای هوا و دمای متوسط تابشی در سامانه های گرمایش تابشی و همرفتی

شایان توجه است از آنجا که هر دو سال بهت نمایش تایی افراد طراحی شده اند، ناگزیر برای مقایسه ی آنها باید دمای موثر را در هر دو حالت یکسان در نظر گرفت. طبق مطالعات مهندسان تهویه ی مطبوع، گرمایش و تبرید آمریکا اختلاف دمای هوا در این دو سامانه جهت ایجاد آسایش دمایی (دمای مؤثر یکسان) حدود ۶ تا ۸ درجه فارنهایت خواهد بود. عدم نیاز به واسطه قرار دادن هوا جهت گرمایش افراد، مزیت مهمی است که سبب می شود در سامانه های گرمایش تابشی،  بار حرارتی مورد نیاز جهت تامین آسایش دمایی در مقایسه با سامانه های همرفتی بسیار کاهش یابد. کاهش تأثیر دفعات تعویض هوا، افزایش دمای کف و کاهش دمای سقف در گرمایش تابشی و نیز تفاوت میزان گرادیان حرارتی بین هوای کف و سقف در دو روش گرمایش تابشی و همرفتی، از مهمترین دلایل کاهش بار حرارتی در گرمایش به روش تابش می باشند .

ارسال نظر غیر فعال است