بخش دوم :
جهت کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه، بخش قبلی را مطالعه کنید.
مقدمه
تأمین آسایش حرارتی در ساختمانها یکی از اصول بنیادین طراحی محیطهای مسکونی و اداری است که مستقیماً بر کیفیت زندگی و رضایت ساکنان تأثیر میگذارد. این مفهوم، بیش از یک معیار عددی ساده برای دما، ترکیبی از عوامل محیطی، ویژگیهای فردی و توانایی انسان برای تطبیق با شرایط محیطی است. استاندارد ASHRAE55 بهعنوان مرجع بینالمللی، چارچوب دقیقی برای تعریف و اندازهگیری آسایش حرارتی ارائه میدهد و بر اهمیت احساس اولیه و تجربه انسانی در ارزیابی راحتی حرارتی تأکید دارد. در طراحی ساختمانها و سیستمهای تهویه، توجه به تفاوت میان فضاهایی که ساکنان به پنجره دسترسی دارند و ساختمانهای مجهز به تهویه مکانیکی، حیاتی است. در حالت اول، افراد توانایی تطبیق با شرایط محیط بیرون را دارند و این باعث انعطاف بیشتر در تجربه آسایش حرارتی میشود؛ در حالی که در حالت دوم، مسئولیت تأمین آسایش بر عهده سیستمهای مکانیکی است و طراحی صحیح این سیستمها با رعایت استانداردها، کنترل دقیق دما، رطوبت و جریان هوا را ممکن میسازد. علاوه بر این، عوامل محیطی کلیدی مانند دمای هوا، دمای تشعشعی، رطوبت، سرعت هوا و تفاوت دما در راستای قائم، نقش تعیینکنندهای در ایجاد حس راحتی دارند. ویژگیهای فردی و رفتاری ساکنان، از جمله سطح فعالیت، نوع پوشش و انتظارات حرارتی، نیز میتوانند تجربه آسایش حرارتی را به شکل قابل توجهی تغییر دهند. در نتیجه، تأمین آسایش حرارتی نیازمند درک جامع و همزمان از رفتار انسان، شرایط محیطی و طراحی سیستمهای گرمایش و سرمایش است.
تأمین شرایط آسایش حرارتی
بخشی از استاندارد ASHRAE55 به شرایط آسایش حرارتی در ساختمانهای مسکونی و اداری اختصاص دارد. لازم به ذکر است که این استاندارد برای مکانهایی که استفاده از آنها کمتر از پانزده دقیقه است، کاربرد ندارد و نتایج آن قابل تعمیم نیست. استاندارد ASHRAE55 بر احساس اولیه افراد تأکید ویژه دارد. به عنوان مثال، اگر در یک روز گرم با دمای ۴۰ درجه سانتیگراد وارد محیطی با دمای ۲۸ درجه سانتیگراد شویم، در ابتدا احساس خنکی و راحتی خواهیم داشت. اما پس از گذشت حدود یک ساعت، ممکن است همان دما احساس گرما ایجاد کند.
برای در نظر گرفتن این شرایط، استاندارد دو حالت اصلی ساختمانها را تفکیک میکند :
1. ساختمانهایی که ساکنان به پنجره دسترسی دارند : در این حالت، افراد میتوانند با باز و بسته کردن پنجرهها، شرایط محیطی خود را کنترل کنند و آسایش حرارتی را تا حدی شخصیسازی نمایند.
2. ساختمانهایی که مجهز به سیستم تهویه مکانیکی هستند : در این حالت، دمای محیط و جریان هوا توسط سیستمهای تهویه مطبوع کنترل میشود و ساکنان نمیتوانند بهطور مستقیم دما را تغییر دهند. طراحی سیستمهای تهویه در این ساختمانها باید بر اساس استاندارد ASHRAE55 بهگونهای باشد که رضایت حرارتی کلی ساکنان تأمین شود. این تفکیک به مهندسان کمک میکند تا کنترل آسایش حرارتی را بر اساس نوع ساختمان و قابلیت دخالت ساکنان طراحی و اجرا کنند.
حالت اول : ساختمانهایی با دسترسی ساکنان به پنجرهها
در این نوع ساختمانها، ساکنان معمولاً نیاز و انتظار کمتری برای کنترل کامل دما دارند، زیرا میتوانند شرایط محیط بیرون را مشاهده کنند و با توجه به آن، انتظارات خود از آسایش حرارتی را تنظیم کنند. افراد در چنین فضاهایی غالباً پوشش و فعالیت خود را با دمای محیط داخلی و خارجی هماهنگ میکنند و به خوبی میدانند که دمای داخل ساختمان تا حد زیادی تحت تأثیر هوای بیرون است. این آگاهی و توانایی تطبیق باعث میشود که احساس رضایت حرارتی حتی در شرایطی که دمای داخلی کاملاً مطلوب نیست، بیشتر حفظ شود.
دمای عملیاتی ساختمان
دمای عملیاتی که برای یک ساختمان در نظر گرفته میشود، در واقع میانگین دمای هوا و دمای تشعشعی محیط داخلی است. این دما معیاری است برای طراحی سیستمهای تهویه و تأمین آسایش حرارتی ساکنان، زیرا هر دو عامل؛دمای محیط و تابش حرارتی سطوح اطراف بر احساس راحتی افراد تأثیر دارند. برای تعیین دمای عملیاتی، معمولاً از میانگین دمای ماهانه هوای خارج استفاده میشود که خود از میانگین دماهای ساعتی هر ماه محاسبه میگردد. این اطلاعات را میتوان از سالنامههای هواشناسی یا دادههای سازمانهای مرتبط با محیط زیست به دست آورد. استفاده از این دادهها به مهندسان کمک میکند تا سیستمهای تهویه مطبوع را بر اساس شرایط واقعی محیط طراحی و تنظیم کنند و آسایش حرارتی در طول سال حفظ شود.
حالت دوم: ساختمانهایی مجهز به سیستم تهویه مکانیکی
در ساختمانهایی که هوای مطبوع توسط سیستمهای مکانیکی تأمین میشود، شرایط آسایش حرارتی را میتوان در سه گروه اصلی دستهبندی کرد:
1. گروه اول – بسیار راحت: این حالت بیشترین سطح آسایش را برای ساکنان فراهم میکند و معمولاً نیازمند کنترل دقیق دما، رطوبت و جریان هوا است.
2. گروه دوم – راحت: این سطح آسایش برای اکثر پروژههای استاندارد مورد استفاده قرار میگیرد و هدف آن تأمین شرایط آسایش برای حداقل ۸۰٪ افراد حاضر در ساختمان است. این گروه، دقیقاً همان محدودهای است که استاندارد ASHRAE55 آن را پوشش میدهد و معیار طراحی سیستمهای تهویه مکانیکی محسوب میشود.
3. گروه سوم – راحتی استاندارد: در این حالت، آسایش حرارتی به سطح پایه و استاندارد محدود میشود و معمولاً نیازمند استفاده از برنامهها و جداول پایه ارائه شده در پیوست D استاندارد ASHRAE55 است.
نکته مهم این است که برای گروه اول و سوم، طراح سیستم تهویه باید از دادهها و برنامههای پایه استاندارد برای تعیین شرایط عملیاتی و کنترل آسایش حرارتی استفاده کند، زیرا این گروهها خارج از محدوده اصلی استاندارد ASHRAE55 هستند. این دستهبندی به مهندسان امکان میدهد سطح آسایش مورد نظر را بر اساس نوع ساختمان، انتظارات ساکنان و منابع موجود طراحی و اجرا کنند.
تأمین شرایط آسایش با حداقل معیار: نقش افزایش سرعت هوا
افزایش سرعت هوا میتواند احساس خنکی را در محیط تقویت کند، به گونهای که دمای هوا نسبت به شرایط متداول آسایش تا حدود ۳ درجه بالاتر قابل تحمل باشد. به عنوان مثال، با افزایش سرعت هوا تا ۰.۸ متر بر ثانیه مشابه عملکرد یک پنکه رومیزی میتوان دمای محیط را در محدوده راحت نگه داشت بدون آنکه احساس ناراحتی ایجاد شود. در یک کاربرد عملی، اگر محدوده دمای آسایش استاندارد بین ۲۱ تا ۲۶.۵ درجه سانتیگراد باشد، استفاده از یک فن قابل کنترل توسط افراد حاضر در محل میتواند این محدوده را به ۲۱ تا ۲۹.۵ درجه سانتیگراد گسترش دهد و هنوز شرایط آسایش حفظ شود. نکته مهم دیگر، تلاطم و نحوه جریان هوا است؛ هرچه جریان هوا ملایمتر و یکنواختتر باشد، سطح رضایت ساکنان افزایش مییابد. همچنین، احساس نارضایتی از جریان هوا در هوای سرد بیشتر است؛ به طوری که افراد به جریان هوای سرد در تابستان حساسترند تا جریان هوای گرم در زمستان. این موضوع باید در طراحی سیستمهای تهویه و تهویه موضعی مدنظر قرار گیرد تا آسایش حرارتی بهینه حفظ شود.
تفاوت دما در راستای قائم
تفاوت دما در ارتفاع، به دلیل تغییر چگالی هوا ایجاد میشود. هوای سرد که چگالی بیشتری دارد و سنگینتر است، معمولاً در نزدیکی کف ساختمان تجمع میکند، در حالی که هوای گرم با چگالی کمتر در نزدیکی سقف قرار میگیرد. این پدیده در ساختمانهایی که کف طبقات به خوبی عایقبندی نشدهاند، بیشتر مشاهده میشود؛ زیرا کف سرد باعث کاهش دمای هوای اطراف خود میشود. برای حفظ آسایش حرارتی مطلوب، استانداردها توصیه میکنند که اختلاف دمای سر تا پا نباید از ۳ درجه سانتیگراد بیشتر شود. کنترل این تفاوت دما اهمیت زیادی در طراحی سیستمهای تهویه و توزیع هوا دارد تا ساکنان در تمام ارتفاع بدن، تجربه آسایش حرارتی یکنواختی داشته باشند.
دمای کف طبقات
دمای کف در مکانهایی که افراد با کفش راه میروند و بر روی زمین نمینشینند، باید در محدوده ۱۹ تا ۲۹ درجه سانتیگراد قرار گیرد. رعایت این محدوده دمایی اهمیت زیادی دارد، زیرا محدودیتهای موجود برای حداکثر دمای کف بر طراحی و عملکرد سیستمهای گرمایش تأثیرگذار است. تأمین ظرفیت گرمایی فضا با استفاده از سیستمهای گرمایش تشعشعی یا گرمایش از کف باید با توجه به این محدودیتها انجام شود. نکته کلیدی آن است که اگر دمای کف اتاق مناسب نباشد، حفظ آسایش حرارتی در کل فضا تقریباً غیرممکن خواهد بود. بنابراین، طراحی سیستمهای گرمایش باید به گونهای باشد که دمای کف در تمام فضاها در محدوده آسایش مطلوب حفظ شود تا ساکنان احساس راحتی حرارتی داشته باشند.
تغییر دمایی متناوب
اگر ترموستات نصبشده در یک اتاق واکنش کند یا با تأخیر به تغییرات دما پاسخ دهد، این موضوع میتواند باعث نوسانات ناگهانی دما شود و به تبع آن نارضایتی ساکنان را به همراه داشته باشد. بهعنوان مثال، در حالتی که سیستم تهویه یا گرمایش هر ۱۵ دقیقه یک بار عمل کند، اختلاف دمای حس شده توسط افراد نباید بیش از یک درجه سانتیگراد باشد. رعایت این محدودیت باعث میشود که تغییرات دمایی محیط یکنواخت و قابل تحمل باقی بماند و آسایش حرارتی افراد به خطر نیفتد.
تغییرات دمای تشعشعی
تغییرات دمای تشعشعی در محیط، در یک محدوده مشخص قابل قبول است و نقش مهمی در حس آسایش حرارتی ساکنان دارد. به طور معمول، دیوارهای گرم میتوانند احساس راحتی ایجاد کنند و مطلوب تلقی میشوند، اما این شرایط برای سقفها صدق نمیکند. سقفها نباید بیش از ۵ درجه سانتیگراد از دمای هوای محیط بالاتر باشند، زیرا افزایش بیش از این حد میتواند حس ناراحتی حرارتی ایجاد کند. به عنوان مثال، در تابستان، سقفی که عایقبندی مناسبی ندارد ممکن است منجر به افزایش دمای تشعشعی و احساس گرمای ناخوشایند در فضای زیرین شود. رعایت این محدودیتها در طراحی سقف و دیوارها، همراه با عایقبندی مناسب، برای حفظ آسایش حرارتی در فصول گرم و سرد ضروری است.
معیارهای آسایش حرارتی در گروههای غیر استاندارد
تحقیقات نشان میدهد که بخشی از تفاوت در معیارهای آسایش حرارتی ناشی از الگوهای رفتاری و ویژگیهای فردی افراد است. به عنوان مثال، افراد مسنتر به دلیل سطح فعالیت کمتر، گرمای بیشتری را ترجیح میدهند و در نتیجه نیاز به پوشش گرم کمتری دارند. به همین ترتیب، خانمها معمولاً محیطهای گرمتر را نسبت به آقایان مطلوبتر میدانند. به طور کلی، افراد ترجیح میدهند که در تابستان محیطی خنکتر و در زمستان محیطی گرمتر داشته باشند. به عنوان نمونه، در یک خانه که در تابستان سقف و دیوارهای آن به دلیل تابش آفتاب گرم شدهاند، حرارت تشعشعی افزایش یافته و برای ایجاد احساس راحتی، دمای محیط باید پایینتر تنظیم شود. برعکس، در زمستان، زمانی که پنجرهها و دیوارها سرد هستند، برای دستیابی به همان سطح آسایش، نیاز به تأمین گرمای بیشتری خواهد بود. این تفاوتها نشان میدهد که آسایش حرارتی تنها به دما محدود نمیشود و عوامل محیطی و ویژگیهای فردی ساکنان باید در طراحی سیستمهای تهویه و گرمایش مدنظر قرار گیرند.
نتیجهگیری
تأمین آسایش حرارتی فراتر از تنظیم دمای محیط است و نیازمند یک رویکرد جامع است که عوامل محیطی، ویژگیهای فردی و قابلیتهای طراحی ساختمان و سیستمهای تهویه مکانیکی را در بر گیرد. استاندارد ASHRAE55 نشان میدهد که آسایش حرارتی یک تجربه انسانی است که میتواند تحت تأثیر اختلافات فردی، سطح فعالیت، پوشش و انتظارات شخصی تغییر کند و بنابراین طراحی سیستمهای تهویه باید انعطافپذیر و پاسخگو باشد. عوامل محیطی مانند دمای هوا، دمای تشعشعی سطوح، رطوبت، سرعت جریان هوا و اختلاف دما در ارتفاع ساختمان، هر کدام سهم بسزایی در تجربه راحتی ساکنان دارند. به عنوان مثال، کنترل اختلاف دما در راستای قائم و محدود کردن دمای کف و سقف، به توزیع یکنواخت حرارت و جلوگیری از ایجاد نقاط ناراحتی کمک میکند. همچنین، استفاده از روشهایی مانند افزایش کنترل سرعت هوا میتواند محدوده آسایش را گستردهتر کرده و تحمل دمای بالاتر یا پایینتر را ممکن سازد. در نهایت، برای دستیابی به آسایش حرارتی واقعی، طراحی ساختمان و سیستمهای تهویه باید با در نظر گرفتن تفاوتهای فردی ساکنان و تغییرات فصلی محیط خارجی انجام گیرد. رعایت این اصول، علاوه بر ایجاد شرایط راحت و بهینه برای ساکنان، به بهرهوری انرژی و کارایی سیستمهای گرمایش و سرمایش نیز کمک میکند و پایهای مطمئن برای محیطهای سالم، پایدار و مطلوب فراهم میسازد.