بخش اول :
جهت کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه، بخش بعدی را مطالعه کنید.
مقدمه
آسایش حرارتی یکی از شاخصهای اساسی در طراحی محیطهای داخلی است که مستقیماً بر راحتی، سلامت و بهرهوری انسان تأثیر میگذارد. این مفهوم فراتر از صرفاً دمای هواست و ترکیبی از عوامل محیطی، فیزیکی و روانشناختی را در بر میگیرد. انسان در محیطهای مختلف نه تنها به دما بلکه به رطوبت، جریان هوا، تابش حرارتی و شرایطی که فعالیت و پوشش او تعیین میکند، واکنش نشان میدهد. بنابراین، دستیابی به آسایش حرارتی نیازمند درک دقیق از تعادل پیچیده میان ویژگیهای فردی و شرایط محیطی است. استانداردهای بینالمللی مانند ASHRAE55 به عنوان مرجع اصلی در ارزیابی آسایش حرارتی، نشان میدهند که این مفهوم ماهیتی ذهنی دارد و صرفاً با اندازهگیریهای فیزیکی قابل تعیین نیست. تحقیقات میدانی، پرسشنامهها و مدلهای شبیهسازی، تلاش میکنند تا ارتباط میان شرایط محیطی و احساس راحتی انسان را شفاف کنند. این استانداردها تأکید دارند که طراحی ساختمان و سیستمهای تهویه مطبوع باید با توجه به عوامل متعدد از جمله دمای هوا، دمای تشعشعی سطوح، رطوبت، سرعت جریان هوا، سطح فعالیت، نوع پوشش و انتظارات ساکنان انجام شود تا محیطی مطلوب و متعادل ایجاد شود. در واقع، آسایش حرارتی نه تنها شامل کاهش نارضایتی افراد از گرما یا سرماست، بلکه دستیابی به حداکثر احساس رضایت و راحتی است. اهمیت این موضوع در ساختمانهای مسکونی، اداری، آموزشی، بیمارستانها و مراکز عمومی بیشتر آشکار میشود، جایی که تفاوت کوچک در شرایط محیطی میتواند تجربه ساکنان را به طور قابل توجهی تغییر دهد. از این رو، طراحی معماری، انتخاب مصالح ساختمانی، جهتگیری ساختمان، سایهبانها و قابلیت تهویه طبیعی باید همزمان با بهرهگیری از سیستمهای مکانیکی مانند هواسازها و فنکوئلها مدنظر قرار گیرد تا آسایش حرارتی به صورت پایدار و کارآمد تأمین شود.
آسایش حرارتی و مفهوم آن
آسایش حرارتی به وضعیتی از محیط اطلاق میشود که انسان از نظر حرارتی احساس راحتی و رضایت داشته باشد. این وضعیت معمولاً با استفاده از سیستمهای تهویه مطبوع کنترل میشود، اما طراحی معماری ساختمان نیز نقش مهمی در تأمین آن ایفا میکند. به عنوان مثال، نحوه قرارگیری پنجرهها، جنس مصالح، سایهبانها و تهویه طبیعی میتواند تأثیر قابل توجهی بر شرایط آسایش حرارتی ساکنان داشته باشد. مطالب ارائه شده در این بخش عمدتاً بر اساس استاندارد ASHRAE55 (2004) است که آسایش حرارتی انسان را مورد بررسی قرار داده است. این استاندارد، آسایش حرارتی را بهعنوان شرایطی تعریف میکند که ذهن انسان با آن سازگار بوده و احساس راحتی میکند. این تعریف ماهیتی ذهنی دارد و معیار عددی یا قطعی برای آن وجود ندارد. برای دستیابی به این استاندارد، تحقیقات میدانی و مدلهای عددی بر اساس پرسشنامههایی که از افراد مختلف در شرایط گوناگون تهیه شدهاند، به کار گرفته شده است. در نتیجه، آسایش حرارتی مفهومی ترکیبی از عوامل محیطی و واکنشهای انسانی است و در طراحی سیستمهای تهویه مطبوع و معماری ساختمان باید به دقت مدنظر قرار گیرد. برای اطلاعات بیشتر میتوان به هندبوک ASHRAE Fundamentals مراجعه نمود که جزئیات کامل مدلها و روشهای ارزیابی آسایش حرارتی را ارائه میدهد.
هفت عامل مؤثر بر آسایش حرارتی
آسایش حرارتی مفهومی است که انسان بهطور مستقیم تجربه میکند و با فعالیتها و شرایط محیطی روزمره قابل درک است. برای مثال، فعالیت بدنی دمای بدن را افزایش میدهد و باعث احساس گرما میشود، یا پوشش مناسب میتواند در محیط سرد حس راحتی ایجاد کند. همچنین، برخی افراد کنار گرمای آتش یا وسایل حرارتی احساس آرامش میکنند، در حالی که در شرایط گرم، ممکن است تمایل به خنک شدن داشته باشند.
به طور کلی، هفت عامل اصلی در ایجاد آسایش حرارتی تأثیرگذار هستند که به سه گروه تقسیم میشوند :
۱. عوامل شخصی
• میزان فعالیت : شدت فعالیت جسمانی میزان تولید حرارت بدن را تعیین میکند و بر احساس گرما یا سرما تأثیر مستقیم دارد.
• پوشش : نوع و ضخامت لباسها میتواند انتقال حرارت بین بدن و محیط را کاهش یا افزایش دهد.
۲. ویژگیهای فردی
• حساسیتها و انتظارات شخصی: تفاوتهای فردی در تحمل دما، احساس راحتی و ترجیحات حرارتی بر آسایش حرارتی تأثیر میگذارد.
۳. شرایط محیطی و تأثیر معماری
• دمای هوا : دمای محیط اصلیترین عامل محیطی مؤثر بر آسایش حرارتی است.
• میزان تشعشع حرارتی : سطوح گرم یا سرد اطراف، تابش نور خورشید و تجهیزات حرارتی بر احساس دمای بدن تأثیر میگذارند.
• میزان رطوبت : رطوبت نسبی هوا میزان تبخیر عرق و احساس گرما یا سرما را تغییر میدهد.
• سرعت هوا : جریان هوا میتواند اثر خنککنندگی یا گرمایشی داشته باشد و در توزیع دمای محیط نقش مهمی ایفا کند.
با توجه به این هفت عامل، طراحی ساختمان و سیستمهای تهویه مطبوع باید به گونهای باشد که شرایط محیطی، ویژگیهای فردی و نیازهای حرارتی ساکنان بهصورت متعادل تأمین گردد تا آسایش حرارتی بهینه حاصل شود.
۱- سطح فعالیت
بدن انسان بهطور مداوم حرارت تولید میکند که این حرارت ناشی از سوخت و ساز یا متابولیسم بدن است. این فرآیند برای حفظ دمای داخلی بدن و ایجاد شرایط راحت حرارتی ضروری است. در هنگام خواب یا استراحت کامل، میزان تولید حرارت به حداقل میرسد، چرا که فعالیت متابولیک بدن کاهش یافته است. با افزایش فعالیتهای بدنی مانند راه رفتن، دویدن یا ورزش، تولید حرارت متابولیک بدن نیز افزایش مییابد و احساس گرما بیشتر میشود. برای سنجش این فعالیت، از واحد متابولیک (Met) استفاده میشود که معیاری برای نرخ تولید حرارت در هر واحد سطح پوست است. یک مت استاندارد معمولاً برابر با میزان حرارت تولید شده توسط فردی است که در حالت نشسته و در حال استراحت قرار دارد. در طراحی سیستمهای تهویه و آسایش حرارتی، سطح فعالیت افراد باید مدنظر قرار گیرد، زیرا هرچه فعالیت بیشتر باشد، نیاز به خنکسازی محیط افزایش مییابد و بالعکس، در شرایط استراحت، دمای محیط کمی بالاتر نیز قابل تحمل است.
۲- پوشش
لباسها نقش عایق حرارتی برای بدن انسان را ایفا میکنند و میزان راحتی حرارتی فرد را تحت تأثیر قرار میدهند. در محیطهای سرد، استفاده از لباسهای مناسب باعث حفظ حرارت تولید شده توسط بدن میشود و احساس گرمای مطلوب و راحتی را فراهم میکند. برای پیشبینی آسایش حرارتی در یک محیط، شناخت عادات پوششی افراد منطقه مورد نظر اهمیت زیادی دارد. جنس، ضخامت و تعداد لایههای لباس میتواند میزان تبادل حرارت بدن با محیط را تغییر دهد و در نتیجه طراحی سیستمهای تهویه و تنظیم دمای محیط باید بر اساس این اطلاعات انجام شود.
۳- انتظارات ساکنان
انتظارات ساکنان یکی از عوامل کلیدی در درک آسایش حرارتی است و نقش مهمی در میزان رضایت افراد از شرایط محیط دارد. برای مثال، در یک روز گرم، سه وضعیت مختلف میتواند تجربه متفاوتی از راحتی حرارتی ایجاد کند:
1. فردی که وارد یک ساختمان اداری مجهز به سیستم تهویه مطبوع میشود، انتظار دارد که هوا در داخل ساختمان بهطور کامل مطبوع باشد و فوراً احساس راحتی کند.
2. شخصی که به یک هتل لوکس وارد میشود، فارغ از شرایط بیرون، انتظار محیطی بسیار دلپذیر و راحت را دارد.
3. فردی که وارد یک ساختمان معمولی با درزهای باز میشود، انتظار ندارد شرایطی مشابه هتل لوکس یا دمای کاملاً کنترل شده وجود داشته باشد، اما انتظار دارد که هوای داخل ساختمان نسبت به محیط بیرون خنکتر و مطلوبتر باشد.
استاندارد ASHRAE55 تفاوت بین مکانهایی که ساکنان قادر به باز و بسته کردن پنجرهها هستند و مکانهای مجهز به سیستم تهویه مطبوع را لحاظ میکند. این استاندارد برای ساختمانهای با تهویه طبیعی و ساختمانهای دارای سیستم مکانیکی، ضوابط متفاوتی ارائه میدهد. این تفاوت زمانی پررنگتر میشود که ساکنان توانایی کنترل دما را داشته باشند؛ در این حالت، امکان تنظیم محیط توسط خود افراد موجب رضایت بیشتر و احساس آسایش حرارتی بالاتر میشود.
۴- دمای هوا
در بحث آسایش حرارتی، منظور از دمای هوا دمایی است که فرد کل بدن خود را تحت تأثیر آن حس میکند و نه فقط دمای محیط در یک نقطه خاص. این دما میتواند با گذر زمان تغییر کند و احساس راحتی حرارتی افراد را تحت تأثیر قرار دهد. دمای هوا یکی از عوامل محیطی اصلی است که در طراحی سیستمهای تهویه مطبوع و کنترل شرایط آسایش حرارتی باید به دقت مدنظر قرار گیرد. حتی تفاوتهای کوچک در دمای محیط میتواند رضایت یا نارضایتی ساکنان را به همراه داشته باشد، بهویژه در محیطهایی که افراد فعالیتهای مختلف انجام میدهند یا به تغییرات دمایی حساس هستند.
۵- گرمای تشعشعی
گرمای تشعشعی به انتقال حرارت از یک جسم گرم به یک جسم سرد گفته میشود که در این فرآیند هیچ انتقالی از طریق اجسام میانی رخ نمیدهد؛ نمونه بارز آن تابش مستقیم خورشید است. دمای تشعشعی، دمایی است که در آن یک کره سیاه همان میزان انرژی گرمایی را که دریافت میکند، ساطع مینماید. در یک محیط داخلی، ممکن است دیوارها، سقف و کف در دمایی نزدیک به دمای اتاق قرار داشته باشند. در این حالت، میانگین دمای تشعشعی تقریباً برابر دمای هوا است و انتقال حرارت بین اجسام محدود میشود. اما در شرایطی مانند یک روز سرد و ابری، اگر فردی کنار پنجره ایستاده باشد، میانگین دمای تشعشعی ممکن است پایینتر از دمای محیط باشد و احساس سرما ایجاد کند. بهطور مشابه، در تابستان و محیطهایی با سطوح گرم، میانگین دمای تشعشعی ممکن است بالاتر از دمای هوا باشد و حس گرما را افزایش دهد. علاوه بر این، طراحی نمای ساختمان، جنس مصالح و رنگ سطوح میتوانند به شکل قابل توجهی بر دریافت و تأثیر گرمای تشعشعی بر ساکنان تأثیرگذار باشند.
۶- رطوبت
رطوبت هوا یکی از عوامل مهم در آسایش حرارتی است و میتواند تأثیر قابل توجهی بر راحتی افراد داشته باشد.
• رطوبت کم : کاهش رطوبت هوا در برخی شرایط ممکن است مشکلاتی مانند خشکی پوست و چشم یا ایجاد الکتریسیته ساکن به همراه داشته باشد. با این حال، این وضعیت معمولاً تأثیر قابل توجهی بر آسایش حرارتی کلی ندارد و به همین دلیل، استاندارد ASHRAE55 حداقل رطوبت را بهطور مشخص تعیین نکرده است.
• رطوبت بالا : از سوی دیگر، استاندارد ASHRAE55 حداکثر رطوبت را ۰.۰۱۲ کیلوگرم در کیلوگرم هوا خشک (۱۲ گرم در کیلوگرم هوا) در نظر گرفته است. در دمای ۱۷ درجه سانتیگراد، این میزان معادل ۱۰۰٪ رطوبت نسبی است که میتواند برای ساختمان و اجزای آن مشکلاتی ایجاد کند و همچنین احساس ناخوشایند گرما و سنگینی هوا را برای ساکنان به همراه داشته باشد. بهطور کلی، کنترل رطوبت هوا در محدوده مناسب نه تنها آسایش حرارتی را بهبود میبخشد، بلکه از آسیب به سازهها، تجهیزات و سلامت ساکنان نیز جلوگیری میکند.
۷- سرعت هوا
سرعت هوا یکی از عوامل محیطی مهم در آسایش حرارتی است و میتواند تأثیر مستقیم بر احساس گرما یا خنکی افراد داشته باشد. بهطور کلی، جریان سریعتر هوا احساس خنکی بیشتری ایجاد میکند و میتواند در روزهای گرم مطلوب باشد. با این حال، اگر سرعت هوا بیش از ۰.۲ متر بر ثانیه باشد یا هوا سرد و جریان آن زیاد باشد، ممکن است احساس ناراحتی و سردی برای ساکنان ایجاد شود. این وضعیت بهویژه برای بخشهایی از بدن که پوشش کمتری دارند، مانند سر و پا، بیشتر محسوس است. در طراحی سیستمهای تهویه و کنترل شرایط آسایش حرارتی، باید سرعت هوا را متناسب با دما، فعالیت و پوشش افراد تنظیم کرد تا جریان هوا هم باعث تهویه و خنککنندگی شود و هم موجب ناراحتی حرارتی نگردد.
نتیجهگیری
آسایش حرارتی مفهومی چندبعدی و ترکیبی است که بر سلامت، عملکرد و کیفیت زندگی انسانها تأثیر مستقیم دارد. بررسی هفت عامل اصلی مؤثر بر آسایش حرارتی شامل سطح فعالیت، نوع پوشش، انتظارات ساکنان، دمای هوا، تابش حرارتی، رطوبت و سرعت جریان هوا نشان میدهد که هیچ عامل واحدی نمیتواند به تنهایی شرایط آسایش را تضمین کند و طراحی محیط داخلی باید به گونهای باشد که همه این مؤلفهها به صورت هماهنگ کنترل شوند. سیستمهای تهویه مطبوع نقش مهمی در تأمین آسایش حرارتی ایفا میکنند، اما بدون توجه به طراحی معماری و شرایط فیزیکی محیط، نمیتوان سطح مطلوب راحتی را تضمین کرد. کنترل دقیق دما و رطوبت، توزیع یکنواخت هوا، کاهش تأثیر گرمای تشعشعی و امکان تنظیم شرایط توسط ساکنان، همگی از الزامات دستیابی به آسایش حرارتی هستند. همچنین، توجه به تفاوتهای فردی در حساسیت و انتظارات افراد از محیط، میتواند سطح رضایت ساکنان را به طور قابل توجهی افزایش دهد. در نهایت، آسایش حرارتی نه تنها یک نیاز فیزیولوژیکی بلکه یک عامل کلیدی در بهینهسازی انرژی و کارایی ساختمان محسوب میشود. طراحی هوشمندانه محیطهای داخلی که شرایط آسایش حرارتی را به شکل پایدار و قابل پیشبینی فراهم کند، میتواند هم سلامت و رضایت ساکنان را تضمین کند و هم بهرهوری انرژی را بهینه سازد. بنابراین، یک رویکرد جامع که شامل مهندسی سیستمهای تهویه، تحلیل شرایط محیطی و توجه به ویژگیهای انسانی باشد، برای دستیابی به آسایش حرارتی واقعی ضروری است.