شرایط طراحی داخلی و آسایش حرارتی در سیستم‌های تهویه مطبوع

شرایط طرح داخل:

شرایط طرح داخل به شرایطی اطلاق میشود که سیستم تهویه مطبوع به صورت مستقیم برای ایجاد آن در محیط ساختمان بکار گمارده میشود. این شرایط به صورت ذیل دسته بندی میشوند:

1. پارامترهای اصلی طراحی:

• دمای هوای داخل و میزان گردش هوا


• رطویت نسبی هوا

2. کیفیت هوای داخل:

• میزان آلودگی مجاز هوا


• تعداد تعویض هوای مورد نیاز

نحوه پردازش هوا جهت پاکسازی

3. پارامترهای خاص طراحی:

• سطح صدا


• اختلاف فشار بین فضای داخل و محیط اطراف

پارامترهای طرح داخل یک فضای تهویه شونده، اهدافی هستند که باید در حین عملیات تهویه مطبوع به آنها دست یافت. به منظور تعیین شرایط طرح داخل ، نکات زیر باید در نظر گرفته شود:

1. لازم نیست تمام پارامترهای ذکر شده فوق، برای هر پروژه محاسبه گردد. به استثنای دمای هوای داخلی که همیشه یک پارامتر مهم و موثر در تعیین شرایط طراح داخل برای تهویه مطبوع می باشد، برای سایر موارد فقط باید پارامترهایی را مشخص کرد که در شرایط خاص آن پروژه ضروری هستند.


2. حتی برای سیستم های تهویه مطبوع فرآیندی، آسایش حرارتی کارگران نیز میبایست در نظر گرفته شود، زیرا پارامترهای طراح داخل در مورد سلامتی و آسایش حرارتی ساکنان، اساس معیارهای طراحی را تشکیل می‌دهند.


3. در هنگام تعیین هریک از پارامترهای طراح داخل، موارد اقتصادی شامل میزان سرمایه گذاری اولیه مورد نیاز و مصرف انرژی سیستم های HVAC&R باید مدنظر قرار بگیرد. معیارهای طراحی نباید خیلی بالا یا خیلی پایین در نظر گرفته شود. اگر معیارهای طراحی بالاتر از نیاز واقعی در نظر گرفته شود، سرمایه گذاری اولیه و هزینه های انرژی بیش از حد بالا خواهد رفت و در مقابل اگر معیارهای طراحی پایین تر از میزان مورد نیاز در نظر گرفته شود، کیفیت هوای داخل به میزان انتظار نرسیده و شکایت ساکنان را به دنبال خواهد داشت که این امر، احتمالاً به تغییرات سیستم و تحمیل هزینه بالا به سیستم خواهد انجامید.


4. تمامی پارامترهای طراح داخل مشخص شده معمولاً با یک تلورانس که به عنوان یک حد بالا یا پایین نشان داده شده است، همراه میباشد. همچنین باید این موضوع را نیز در نظر داشت که مقداری انحراف از مقادیر طراحی، هم توسط طراحان و هم توسط ساکنین ساختمان مورد پذیرش خواهد بود. به عنوان مثال، اگرچه دمای طراحی داخلی تابستانی یک سیستم تهویه مطبوع برای شرایط آسایش، 75 یا 78 درجه فارنهایت (23.9 یا 25.6 درجه سانتیگراد) می باشد، اما در عمل، اختلاف 2 تا 3 درجه فارنهایت (1.1 تا 1.7 درجه سانتیگراد) برای این سیستم  قابل قبول میباشد.


5. در سیستم های تهویه مطبوع فرآیندی، معمولا ایجاد یک محیط داخلی پایدار، مهمتر حفظ میزان دقیق یک پارامتر طراحی است. مثلاً برای یک خط تولید ماشین آلات صنعتی، ممکن است حفظ دمای 68 درجه فارنهایت (20 درجه سانتیگراد) برای همه مناطق ضروری نباشد و در اغلب مواقع، دمای 72 درجه فارنهایت (22.2 درجه سانتیگراد) یا حتی دمایی بالاتر، مناسب تر و مقرون به صرفه تر خواهد بود.

شرایط آسایش حرارتی

آسایش حرارتی به عنوان حالتی از ذهن تعریف می شود که در آن فرد رضایت خود را از دمای محیط تایید می کند. از نظر احساس، آسایش حرارتی به عنوان احساس گرمایی نه خیلی گرم و نه خیلی سرد توصیف می شود که با احساس حرارتی هفت نقطه ای پیشنهادی توسط ASHRAE به شرح زیر تعریف می شود:

3- = سرد

2- = خنک

1-= مقداری خنک

0 = خنثی

1+= مقداری گرم

2+= گرم

3+= داغ

معادله آسایش Fanger

تعادل انرژی در حالت پایدار شرط لازم برای آسایش حرارتی است، اما به خودی خود برای ایجاد آسایش حرارتی کافی نیست. فانگر (1970) تلفات حرارتی را برای یک فرد راحت با احساس خنثی را  با دمای پوست متناظر T_sk و تعریق تنظیمی E_rsw محاسبه و تلفات حرارتی محاسبه شده (L) را با نرخ متابولیک M مقایسه کرد و دریافت که اگر L>M، فرد احساس خنکی و اگر L

با استفاده از نتایج آزمایشات انجام شده بر روی 1396 نفر در دانشگاه ایالتی کانزاس ایالات متحده و دانشگاه فنی دانمارک، فانگر  به معادله زیر برای محاسبه میانگین رای پیش بینی شده (PMV) برای مقیاس حس حرارتی هفت نقطه ای رسید:

در معادله فوق، نرخ متابولیک M و تلفات حرارتی محاسبه شده L هر دو در واحد Btu/h.ft² (W/m²). میباشد. جداول PMV و نمودارهای آسایش شامل ترکیبات مختلف دمای عملیاتی To، سرعت هوا v، نرخ متابولیک M و عایق لباس R_cl برای تعیین شرایط راحتی به صورت زیر تهیه شده است.

به عنوان مثال، براساس نمودار آسایش فانگر، برای یک نفر بدون تحرک در سطح فعالیت 0/1، با عایق لباس 5/0 clo، در فضای تهویه شونده با رطوبت نسبی 50 درصد و سرعت هوا کمتر از fpm 20 ( m/s1/0)، شرایط آسایش با دمای هوا برابر با میانگین دمای تابشی 78 درجه فارنهایت (6/25 درجه سانتیگراد) بوجود می آید. اگر همه مقادیر ثابت و سطح فعالیت به  2 تغییر یابد، دمای هوای مورد نیاز برای همان سطح آسایش، باید 67 درجه فارنهایت (19.4 درجه سانتیگراد) باشد. عامل دیگر، مدت زمان قرار گرفتن در معرض محیط حرارتی داخلی، باید در اینجا مورد بحث قرار گیرد. اگر یک محیط داخلی بتواند آسایش حرارتی را برای ساکنین فراهم کند، مدت زمان قرار گرفتن در معرض تأثیر قابل توجهی بر پاسخ های فیزیولوژیکی مکانیسم تنظیم حرارتی فرد ندارد. اگر محیط داخلی ناخوشایند باشد و سوژه را تحت درجه خاصی از استرس گرما یا سرما قرار دهد، قرار گرفتن در معرض زمان بر پاسخ فیزیولوژیکی فرد نیز تأثیر می گذارد.

در ادامه این مبحث، در مورد ناحیه آسایش استاندارد و مباحث مربوط به آن بحث خواهیم کرد  ....