بخشی از مقاله
مجموعه مقالات دومين کنفرانس بين المللي گرمايش ، سرمايش و تهويه مطبوع
چکيده
تهويه مطبوع به منظور تامين آسايش حرارتي مناسب ساکنين در محيط هاي بسته و تامين کيفيت هواي داخل ايجاد شد. تهويه طبيعي نيز به طور سنتي در ساختمان ها به منظور نيل به چنين اهدافي مورد استفاده قرار مي گيرد. پژوهش حاضر به مقايسه اين دو روش سرمايش فضاهاي بسته ، از نظر آسايش حرارتي با استفاده از بررسي ميداني پرداخته است
بررسي ميداني در ١٢ ساختمان مسکوني انجام گرفته است که سهم استفاده از هر دو روش تهويه مطبوع و تهويه طبيعي به طور مساوي ٦ ساختمان بوده است . بدين منظور دماي هواي منازل ثبت شده اند و در کنار آن ساکنين ساختمان ها در فواصل زماني دو ساعته به تکميل پرسشنامه پرداخته اند.
نتايج اين بررسي نشان داده است که افراد در ساختمان هاي با تهويه طبيعي راحت تر بودند و در دامنه بيشتري از دما احساس آسايش مي کرده اند. در عين حال اين امر نشان داده است که بر عکس آنچه که در تهويه مطبوع مصرف انرژي بالاتر است ، ميزان رضايت ساکنين بالاتر نبوده است که نکته جالب توجهي است . معادله آسايش حرارتي افراد برحسب دماي هوا در تهويه مطبوع و تهويه طبيعي به ترتيب 8.16–0.32x =y و ٥٢٧–x٠٢١ =y و دماي تعادل به ترتيب ٢٥.٥ و ٢٥.١ بوده است .
کلمات کليدي : تهويه طبيعـي ، تهويـه مطبـوع ، آسـايش حرارتـي ، بررسي ميداني .
١- مقدمه
با پيشرفت هاي علمي و تکنولوژيک که در چند قرن اخير رخ داد، به تدريج زندگي افراد آسان تر گرديد و بالتبع آن استفاده از منابع انرژي به طور بي سابقه اي افزايش يافت . محدوديت منابع انرژي و تخريب هاي زيست محيطي ناشي از استفاده از منابع انرژي دو مشکلي بود که بر سر راه چنين رفاهي به وجود آمد.[١]
آسايش يک نتيجه ترکيبي از ادراک افراد در محيط مي باشد. محققان آسايش در محيط هاي بسته را در چهار دسته تقسيم بندي کرده اند که عبارتند از آسايش حرارتي ، آسايش بصري ، آسايش صوتي و کيفيت هواي داخل . بخش اعظم انرژي در محيط هاي بسته جهت رسيدن به آسايش حرارتي و مخصوصا سرمايش مصرف مي گردد. در قديم الايام جهت رسيدن به آسايش حرارتي در اقليم هاي مختلف از راه حل هاي طبيعي مانند تهويه طبيعي استفاده مي گرديد که اين روش کيفيت هواي داخل را نيز تا حد زيادي تضمين مي کند. امروزه با مدرنيزه شدن تجهيزات نيازهاي بشري از طريق روش ها، تجهيزات و دستگاه هاي نوين مانند تهويه مطبوع نيازهاي بشري رفع مي شود. تهويه مطبوع روشي براي باز توليد کردن هواي محيط به منظور دستيابي به يک سري از شرايط مورد نياز مي باشد. در حيطه خدمات ساختماني اين شرايط معمولا در ارتباط با ايجاد آسايش حرارتي تعريف مي شود و مي تواند شرايط ديگري را مانند تامين کيفيت هواي داخل نيز شامل شود. يک سيستم HVAC مناسب قادر است تا علاوه بر متغيرهاي آسايش حرارتي مانند کنترل دما، رطوبت ، حرکت هوا و منابع تشعشعي درگير با ساکنان عوامل ديگري مانند گرد و غبار و لرزش و صدا را در محدودة مشخص مورد نياز نگه دارد. اين سيستم به واسطه پيشرفت هاي جديد براي سرمايش ساختمان ها در تابستان پيشنهاد مي گردد، اما با مصرف زياد انرژي همراه است . حال که دنياي نوين در بحران انرژي به سر مي برد، اين سوال پيش مي آيد که با چنين مصرف انرژي بالايي که صرف تهويه مطبوع مي گردد، آيا آن به صرفه مي باشد؟ آيا چنين ساختمان هايي از نظر حرارتي نسبت به ساختمان هاي با تهويه طبيعي کارآيي بالاتري دارند و ساکنين آن در آسايش بالاتري به سر مي برند و احساس رضايت آنها از محيط اطراف بيشتر مي باشد؟
شکل ١:نتايج بررسي سال ١٩٧٨ هيمفريز ارتباط دماي خنثي با دماي بيروني
٢- پيشينه تحقيق
پژوهشگران زيادي در زمينه آسـايش حرارتـي بـه تحقيـق پرداختنـد.
فنگر در سال ١٩٧٠ در جمع يندي تحقيقات خود در آزمايشگاه هـا عوامـل موثر بر آسايش حرارتي را اينگونه عنوان کـرده اسـت : دمـاي خشـک هـوا، رطوبت نسبي ، سرعت جريان هوا، متوسط دماي تابشـي ، پوشـش و سـطح فعاليت .[٥] هنگامي که هيمفريز از طريق بررسي ميداني به بررسي آسايش حرارتي پرداخت ، بين نتايج خود و فنگر تفاوتي را يافت که دليل اين امر را انجام تحقيقات فنگر در آزمايشگاه ها عنوان کردنـد. وي همچنـين دريافـت که دمايي که ساکنين ساختمان هاي با تهويـه طبيعـي بـه آسـايش دسـت يابند، ارتباط خطي با ميانگين دماي خارجي متوسط دارد، اما در تهويـه مي مطبوع اين موضـوع صـدق نمـي کنـد. در بررسـي هـاي جديـد وي نمـودار جديدي ارائه کرده است که نشان مي دهد مانند نمـودار قـديم بـين دمـاي آسايش و دماي خارج در تهويه طبيعي ارتباط مستقيم و در تهويه مطبـوع ارتباط برگشت پذيري وجود دارد. تنها نکته اي که در اين دو نمودار تفـاوت دارد، بالا رفتن دماي آسايش به ميزان دو درجه مي باشد که از بـالا رفـتن دماي تجربه شده فضاهاي داخلي در اين سي سال ناشي مي شود.[٤] هيمفريز عنوان کرده است که افراد گرايش دارنـد تـا در صـورت بـروز عدم آسايش واکنش هايي نشان دهند تا بتوانند به آسايش حرارتي برسـند. بدين منظور از روش هايي مانند تغيير پوشش ، نوشيدن مايعات سرد يا گرم ، باز کردن درب و پنجره ، کشيدن کرکره ، تغيير فعاليت و مانند آن اسـتفاده مي کنند.[٧] به طور کلي برگـر و دي ديـر سـه پروسـة مختلـف را جهـت سازگاري افراد نام برده اند که ويژگي واکنش فردـ محيطي مي باشد. اين سه ويژگي عبارتند. از:
ـ تنظيم کننده هاي رفتاري (فردي ، محيطي ، تکنيکي و فرهنگي ) ـ تنظيم کننده هاي روان شناختي (خوگيري يا انتظار)
ـ تنظيم کننده هاي فيزيولوژي (سازگاري ارثي يا بوم پذيري )
شکل ٣: نمودار متوسط ماهيانه دماي هواي قائم شهر
شکل ٢: نتايج بررسي هاي هيمفريز در ارتباط دماي خنثي با دماي بيروني ، ايشان در سال ١٩٩٨ عنوان کردند که انتظـارات افـراد در سـاختمان هـاي تهويه مطبوع و تهويه طبيعي کاملا متفاوت است .[٤] در عين حال در سال
٢٠٠٢ فنگر اين اختلاف را در اين دو تيپ ساختماني قبول کرد و پـذيرفت که تحقيقات وي که همواره در آزمايشگاه ها بوده است ، نتوانسته بـه خـوبي آسايش حرارتي ساکنين ساختمان هـاي بـا تهويـه طبيعـي را پـيش بينـي کنـد.[٦] نکتـه ديگـر تفـاوت در انحـراف اسـتاندارد مانـده مـي باشـد کـه اندازه گيري تفاوت هاي داخلي فرد و اندازه گيـري پراکنـدگي آراي آسـايش شخصي اطراف خط رگرسـيون مـي باشـد. جـدول ١ نشـان دهنـده انحـراف استاندارد مانده تحقيقات مختلف مي باشد. در سال ١٩٧٥ نمودارهـايي بـه منظور جمع بندي تاثير بر تغيير آسـايش از دمـاي بهينـه بـراي گروهـي از بزرگسالان و جوانان در ساختمان هاي تهويه طبيعي و مطبوع ارائه شـد. در منحني بزرگسالان تغيير ٤ درجه اي دما به ميـزان يـک درجـه در مقيـاس هفت دسته اي آراي آسايش حرارتي افراد تاثير مي گذاشت ، اما اين تغيير در جوانان در ساختمان هاي با تهويه طبيعي ٣ درجه و تهويه مطبوع ٢ درجـه مي باشد.[٩]
شاهين حيدري نيز در اين زمينه در شهر تهران تحقيقاتي انجـام داده است که از نظر سازگاري ساکنين با تحقيقـات هيمفريـز همخـواني داشـته است و نظريه وي را اثبات مي کند. وي دماي کروي ٢١ الي ٣١ درجه را به عنوان مرزهاي فضاهاي مقبول معرفي کرده است .[٦]
٣- متد پژوهش
٣-١- انتخاب ساختمان
در اين قسمت به تعريف روش مورد استفاده در مقاله پردداخته مي - شود. در پژوهش حاضر به بررسي آسايش حرارتي ساکنين ١٢ ساختمان پرداخته مي شود. معيار انتخاب اين ساختمان ها عبارتند از:
از آنجايي که يکي از عوامل تاثيرگذار بر آسايش حرارتي ،
جدول ١: انحراف استاندارد ميانگين در ساختمان ها،
شکل ٤: تعداد افراد تکمبل کننده پرسشنامه به تفکيک جنس
انتظارات ساکنين مي باشد، از ساختمان هايي با عملکرد يکسان (مسکوني ) که انتظارت يکساني را در افراد به وجود آورد، استفاده گرديده است .
بررسي در ساختمان هاي مدرن و نوساز.
وجود تعداد برابر ساکنين از جنس هاي مخالف (زن و مرد).
ساختمان هاي استفاده کننده از تهويه مطبوع و تهويه طبيعي .
بدين منظور بررسي ميداني در ١٢ ساختمان مسکوني انجام گرفته است که سهم استفاده از هر دو روش تهويه مطبوع و تهويه طبيعي به طور مساوي ٦ ساختمان بوده است .
لازم به ذکر است که در بررسي هاي مختلف در دسته بندي چنين ساختمان هايي تعاريف متفاوتي در نظر گرفته شده است و ساختمان ها از نظر استفاده از تهويه مطبوع به دو الي پنج دسته تقسيم بندي شده اند. در برخي از تعاريف ارائه شده ، ساختمان هايي که تجهيزات مکانيکي در آن به کار نرفته است ، تهويه طبيعي محسوب مي شود، اما با توجه به ادبيات موضوع و مطالعه روش کار تحقيقات انجام شده ، اعمال تغييرات جزئي در آن که تعارضي ايجاد نکند، به کار برده مي شود. در اين تحقيق با توجه به رطوبت نسبي بالاي منطقه و الزام استفاده از تهويه پيوسته به منظور نيل به آسايش حرارتي ، استفاده از حداقل امکانات جهت ايجاد جريان هواي پيوسته اجتناب ناپذير به نظر مي رسيد به همين دليل از تجهيزاتي
.
همچون پنکه سقفي که تنها در ايجاد جريان هوا تاثيرگذار است ، چشم پوشي گرديده است .
٣-٢- اقليم منطقه
از آنجايي که منطقه شمال ايران منطقه مرطوب مي باشد و ساختمان هاي زيادي با تهويه طبيعي در آن قرار دارد، اين بررسي در شهرستان قائم شهر در قسمت مرکزي استان مازندران در کرانه هاي درياي خزر انجام گرفته است . اين شهرستان که نسبت به ديگر شهرستان ها فاصله بيشتري از دريا و رطوبت نسبتا کمتري دارد. به طور کلي اين استان
داراي آب و هواي معتدل و مرطوب مي باشد و زمستان هاي بسيار سرد و
شکل ٦:متوسط کيفيت عايق کنندگي پوشش افراد در تهويه طبيعي و تهويه مطبوع
شکل ٥:تعدادپرسشنامه هاي تکمبل شده توسط افراد به تفکيک جنس
تابستان هاي بسيار گرم ندارد. تنها عاملي که در اين منطقه موجب نارضايتي حرارتي افراد (مخصوصا در تابستان ) مي گردد، رطوبت بيش از حد آن است که به دليل نزديکي به درياي خزر وجود دارد. به همين دليل يکي از روش هاي سرمايش در ساختمان هاي سنتي اين منطقه ، استفاده از تهويه دو طرفه هوا بوده است . اکنون نيز در برخي از ساختمان ها از اين روش تا حدي استفاده مي گردد. پژوهش حاضر در فصل تابستان و در ماه مرداد و شهريور سال ١٣٨٨ انجام گرفته است .
٣-٣- جمع آوري اطلاعات
دو روش براي تعيين شرايط آسايش حرارتي در داخل ساختمان ها پيشنهاد شده است ؛ روش پيمايش ميداني و روش مبتني بر فيزيک انتقال حرارت بين بدن انسان و محيط اطراف (روش تحليلي ).[١] در اين مطالعه از روش ميداني استفاده گرديده است . در روش مطالعه ميداني از گروهي از افراد زن و مرد درخواست مي شود که در ارزيابي احساس گرمايي به عنوان مقياس شخصي شرکت نمايند. به طور کلي دو روش پايه براي نمونه گيري ميداني وجود دارد: نمونه گيري عرضي و نمونه گيري طولي . در پيمايش عرضي ، تمام جمعيت يک برآوردهاي آسايشي را اعلام مي کنند، اما در پيمايش طولي ، افراد مورد مطالعه ، هريک حجم عظيمي از اطلاعات را بيان مي نمايند. در واقع در اين روش پيمايش بر روي تعداد افراد محدودي صورت مي گيرد، اما مدت زمان پيمايش طولاني تر و پيوسته خواهد بود. در اين پژوهش از روش طولي استفاده شده است .
٤- ارزيابي آسايش حرارتي
تحقيق حاضر بر ارزيابي کيفيت حرارتي محيط هاي داخلي ساختمان - هايي با تهويه طبيعي و تهويه مطبوع و مقايسه آن دو متمرکز شده است .
بررسي ميداني از طريق اندازه گيري عوامل کمي و همچنين بررسي عوامل کيفي از طريق مشاهده فيزيکي و پرسش در مورد حساسيت حرارتي
افراد از طريق پرسش نامه هايي که در همان زمان و به صورت منظم در
