1-2-     مروری بر مدل­های اصلی آسایش حرارتی ……………………….. 14

1-2-1-       مدل ایستا برای آسایش و راحتی در ساختمان   ………………………………… 14

1-2-2-       مدل سازگار  14

1-3-     ضرورت انجام این پروژه   …………. 16

1-4-     هدف از انجام این تحقیق …………… 16

فصل 2-    مدل ایستا آسایش حرارتی… 18

2-1-     معرفی.. 19

2-2-     مدل فنگر .. 20

2-3-     مدل گایج 24

2-4-     استانداردهای آسایش حرارتی ایستا …………………………….. 30

2-4-1-       استاندارد 55 انجمن مهندسی آمریکا [6] …………………… 30

2-4-1-1-   دمای مؤثر ………….. 31

2-4-1-2-   روش گرافیکی برای محیطهای داخلی متداول ……………………… 31

2-4-1-3-   مدل کامپیوتری برای کاربردهای داخلی متداول ………………………………….. 32

2-4-2-       کتاب اصول انجمن مهندسان تهویه مطبوع آمریکا – آسایش حرارتی[4] …………………….. 33

2-4-3-       استاندارد 7730 سازمان استاندارد [5] …………………………… 33

2-5-     نتیجه گیری …. 35

فصل 3-    مدل سازگار آسایش حرارتی… 37

3-1-     مقدمه. 38

3-2-     معرفی.. 39

3-3-     انواع سازگاری …….. 39

3-4-     یک مدل مفهومی از سازگاری – حلقه­های بازگشتی ……………………………………….. 41

3-4-1-       بازخورد رفتاری- سازگاری رفتاری ……………………. 42

3-4-2-       بازخورد فیزیولوژیکی – سازگاری فیزیولوژیکی       ……………………………. 44

3-4-3-       بازخورد روانشناختی- سازگاری و انتظارات …………………………………… 44

3-5-     مروری بر کارهای گذشته ……………… 45

3-5-1-        شواهد تجربی یا جعبه آب و هوایی …………………………………. 45

3-5-2-        شواهد میدانی …………… 46

3-6-     تفاوت مدل ایستا و سازگار ……………………. 55

3-7-     نتیجه گیری ……….. 56

فصل 4-    ارائه­ الگوریتم مناسب برای مدل سازگار آسایش حرارتی و بررسی مدیریت انرژی در کاهش مصرف انرژی محیط………………………………………………….. 57

4-1-     معرفی.. 58

4-2-     فرضیات. 58

4-2-1-       میزان لباس پوشیدن در داخل ساختمان ………………………… 59

4-2-2-       سازگاری نرخ متابولیک در داخل ساختمان ……………………………. 60

4-2-3-       سازگاری سرعت هوا در داخل …………….. 61

4-2-4-       اتلافات حرارتی از بدن …………. 62

4-2-5-       ارتباط دمای اجرایی داخل و دمای بیرون………………………………… 62

4-3-     نمودار جریانی انجام محاسبات برای بدست آوردن دمای آسایش…………………………….. 63

4-4-     تغییر مصرف انرژی در یک ساختمان با بهره گرفتن از الگوریتم سازگار نسبت به حالت ایستا دما ثابت………………………………………………………………………………………………………….. 66

4-4-1-       فرضیات اولیه… 66

فصل 5-    ارائه نتایج، بحث و جمع­بندی… 72

5-1-     ارائه نتایج……….. 73

5-1-1-       محاسبه و ارائه­ مدل سازگار…………….. 73

5-1-1-1-   تغییرات رأی متوسط سازگار……………. 73

5-1-1-2-   دمای آسایش و بازه­ی شرایط آسایش و تغییرات آن نسبت به فاکتورهای دیگر …………………… 75

5-1-1-3-   ارائه­ الگوریتم دمای آسایش با بهره گرفتن از سازگاری رفتاری ساکنین ……………………….. 76

5-1-1-4-   تغییر شرایط سازگاری با افزایش سرعت متوسط هوا ……………………………………. 76

5-1-1-5-   ارائه­ الگوریتم دمای آسایش برای حالت تغییر سرعت متوسط هوا نسبت به حالت سازگار. 80

5-1-2-       آنالیز مصرف انرژی محیط …………. 82

5-1-2-1-   ظرفیت کل سیستم تهویه مرکزی   ………. 82

5-1-2-2-   میزان بار سرمایشی محیط و انرژی مصرفی برای سرمایش محیط ……………………………………….. 83

5-2-     بحث در نتایج ……. 91

5-2-1-1-   ارائه­ الگوریتم سازگار با بهره گرفتن از نتایج بدست آمده از شبیه­سازی ……………………… 91

5-2-1-2-   مدیریت انرژی با بهره گرفتن از الگوریتم سازگار ……………………………………….. 94

5-2-1-3-   آنالیز حساسیت الگوریتم نسبت به قیمت برق ……………………………….. 95

5-2-1-4-   تأثیر استفاده از این طرح در توسعه و پیشرفت کشور ……………………………………………. 95

5-3-     جمع بندی   96

5-4-     پیشنهادات ……. 97

مراجع …….. 98

فهرست شکل­ها

شکل ‏2‑1- میزان نارضایتی افراد با توجه به مقدار رأی متوسط [6] 24

شکل ‏2‑2-. 25

شکل ‏2‑3- داده های سایکرومتریک از شرایط آسایش در یک محیط داخلی [6] 32

شکل ‏3‑1- مدل سازگار انتظارات حرارتی [8] 42

شکل ‏3‑2- نمودار ارتباط دمای خنثی در داخل با دمای هوای بیرون [19] 47

شکل ‏3‑3- دیاگرام مدل کنترلی یائو برای محاسبهی رأی متوسط سازگار. 52

شکل ‏3‑4- شواهد میدانی از دمای اجرایی آسایش بر حسب دمای متوسط ماهانه [26] 53

شکل ‏3‑5- شواهد میدانی بلژیک از دمای آسایش در اتاق خواب که به 4 ناحیه تقسیم شده [26] 54

شکل ‏3‑6- شواهد میدانی بلژیک از اتاق نشیمن و … در یک ساختمان مسکونی که به دو قسمت تقسیم میشود. 54

شکل ‏4‑1 -توزیع جئوگرافیک ساختمانهای مورد مطالعه در گزارشRP-884 پایگاه داده های آسایش حرارتی که به عنوان اساس و بنیان مدل های سازگار و استانداردهای مربوطه قرار گرفته [23] 59

شکل ‏4‑2- مقاومت حرارتی لباس درون ساختمان ( متوسط و انحراف معیار)دبه عنوان تابعی از دماهای اجرایی متوسط [23] 60

شکل ‏4‑3- نرخ متابولیک متوسط ( متوسط و انحراف معیار) در ساختمان در مقایسه با دمای اجرایی متوسط داخل [23] 61

شکل ‏4‑4- سرعت هوای داخل (متوسط هر ساختمان و انحراف معیار) رسم شده به عنوان تابعی از دمای اجرایی داخل [23] 62

شکل ‏4‑5- دمای اجرایی داخل ساختمان به عنوان تابعی از دمای هوای متوسط بیرون [27] 63

شکل ‏4‑6- نمودار جریانی اولیه برای محاسبهی شرایط آسایش بر اساس مدل ایستا فنگر. 64

شکل ‏4‑7- نمودار جریانی مدل سازگار شرایط آسایش حرارتی.. 65

شکل ‏4‑8- دمای هوای خشک در ماه مرداد(ژولای) برای شهر تهران. 71

شکل ‏4‑9- رطوبت نسبی در ماه مرداد(ژولای) برای شهر تهران. 71

شکل ‏5‑1- مقدار رأی متوسط سازگار بر حسب دمای هوای متوسط بیرون در رطوبت 40%. 73

شکل ‏5‑2- میزان رأی متوسط سازگار براساس دمای هوای اجرایی داخل در رطوبت 40%. 74

شکل ‏5‑3- مقدار رأی متوسط در دمای 24 درجه سانتیگراد برای رطوبت متغیر از 10% تا 90%. 75

 

شکل ‏5‑4- بازهی مناسب برای آسایش حرارتی در ساختمان با تهویهی طبیعی در تابستان. 76

شکل ‏5‑5- مقدار رأی متوسط بر حسب دما برای حالات مختلف افزایش سرعت هوای متوسط در رطوبت 40%. 77

شکل ‏5‑6- مقدار رأی متوسط بر حسب افزایش سرعت هوای متوسط سازگار در دمای 5/26 درجه و رطوبت مختلف… 77

شکل ‏5‑7- مقدار رأی متوسط در دمای 5/26 درجه و رطوبتهای مختلف برای افزایش سرعت به مقدار سازگار آن. 78

شکل ‏5‑8- ارتباط عرض از مبدأ با سرعت… 78

شکل ‏5‑9- دمای آسایش در داخل بر حسب رطوبت و افزایش سرعت نسبت به حالت سازگار. 80

شکل ‏5‑10- بار سرمایشی موردنیاز برای محیط در حالت ایستا 90

شکل ‏5‑11- بار سرمایشی موردنیاز برای محیط در حالت سازگار. 90

شکل ‏5‑12- افزایش سودآوری استفاده از الگوریتم سازگار در سالهای آینده بدلیل افزایش قیمت برق و حاملهای انرژی برای محیطی با زیربنای 65 مترمربع. 96

فهرست جدول­ها

جدول ‏2‑1- مقیاس 7نقطه­ای احساس حرارتی طبق استاندارد55 اشری.. 33

جدول ‏2‑2- سه سطح قابل قبول محیط حرارتی برای شرایط آسایش معمول. 35

جدول ‏4‑1- شرایط آب و هوایی تهران-مهرآباد در ماه مرداد(ژولای) 69

جدول ‏4‑2- میزان دریافت حرارت خورشیدی کل برای ساختمان. 70

جدول ‏5‑1- بازه دمای آسایش و سرعت متناظرآن درشرایط رطوبتی متفاوت… 75

جدول ‏5‑2- بازه دمای آسایش و سرعت متناظرآن درشرایط رطوبتی متفاوت برای افزایش سرعت هوای 1/0  79

جدول ‏5‑3- بازه دمای آسایش و سرعت متناظرآن درشرایط رطوبتی متفاوت برای افزایش سرعت هوا 5 1/0  79

جدول ‏5‑4- بازه دمای آسایش و سرعت متناظرآن درشرایط رطوبتی متفاوت برای افزایش سرعت هوا 2/0  79

جدول ‏5‑5- دمای آسایش در داخل بر حسب رطوبت و افزایش سرعت نسبت به حالت سازگار. 80

جدول ‏5‑6- ضرایب a ,b مشاهده شده در نمودار 5-5 که به عنوان تابعی از سرعت متوسط هستند. 81

جدول ‏5‑7- دمای آسایش سازگار به کار رفته در آنالیز انرژی برای ساختمان بر اساس الگوریتم سازگار. 82

جدول ‏5‑8- مقادیر بار سرمایشی اتاق خواب و انرژی موردنیاز برای تأمین آن برای حالت ایستا تک دما 83

جدول ‏5‑9- مقادیر بار سرمایشی اتاق خواب و انرژی مورد نیاز برای آن در حالت سازگار. 84

جدول ‏5‑10- مقادیر بار سرمایشی اتاق نشیمن(هال) و انرژی موردنیاز برای حالت ایستا تک دما 85

جدول ‏5‑11- مقادیر بار سرمایشی اتاق نشیمن(هال) و انرژی موردنیاز برای حالت سازگار. 86

جدول ‏5‑12- مقادیر بار سرمایشی آشپزخانه و انرژی موردنیاز برای حالت ایستای دما ثابت… 87

جدول ‏5‑13- مقادیر بار سرمایشی آشپزخانه و انرژی موردنیاز برای حالت سازگار. 88

جدول ‏5‑14- مقادیر بار سرمایشی واحد و انرژی موردنیاز برای حالت ایستای دما ثابت… 89

 

فصل 1-     مقدمه و کلیات
 

1-1-                        مقدمه
بشر همواره برای ایجاد یک محیط راحت برای زندگی تلاش کرده است. ضرورت وجود مکان­های بسته و خانه­ها در ابتدا بدلیل همین میل به آسایش انسان بوده است، زیرا تغییرات آب­وهوایی در طول روز، ماه یا سال مانع ایجاد شرایط آسایش پایدار در فضای آزاد می­گردد. انعکاس این تمایلات به آسایش و رفاه همگام با کاهش هزینه در تاریخچه تغییر ساختمان ها از آغاز تا کنون مشاهده می­گردد. از آنجا که معمولا مردم 16-20 ساعت از روز خود را در این مکان ها (مانند خانه، محل کار یا در رفت و آمد ) می­گذرانند، امروزه ایجاد یک محیط حرارتی راحت یکی از پارامترهای مهم طراحی فضای داخلی و حتی دکوراسیون محسوب می­شود.

آسایش حرارتی اولین بار در قرن 19 در آمریکا مورد بحث و تحقیق قرار گرفت و انجمن مهندسان حرارت و تهویه مطبوع آمریکا در آنجا با هدف مطالعه برای ایجاد محیط حرارتی مناسب برای رفاه تأسیس شد. به طور کلی، آسایش حرارتی شرایط ذهنی است که ایجاد رضایت نسبت به محیط حرارتی را بیان می­ کند [1]. همچنین، شرایط آسایش حرارتی هنگامی تأمین می­شود که دمای بدن در بازه­ی محدودی واقع شود، رطوبت پوست کم باشد و تلاش فیزیولوژیکی بدن برای تنظیم حرارت به حداقل برسد. در چنین شرایطی است که افراد احساس حرارتی مطلوبی را تجربه می­ کنند و درصد نارضایتی حرارتی ایشان نسبت به محیط در محدوده­ مجاز قرار خواهد داشت.

بنابراین می­توان گفت شرایطی که آسایش حرارتی را ایجاد می­ کند، برای هر شخص می ­تواند متفاوت و وابسته به فاکتورهای مختلفی مانند پارامترهای فیزیکی، فیزیولوژیکی،ذهنی و … باشد. به همین دلیل، پیش بینی دقیق شرایط آسایش حرارتی بسیار دشوار است و طراحی سیستم­های تهویه مطبوع برای ایجاد آسایش حرارتی نیازمند بررسی تمام پارامترهای دخیل در آسایش حرارتی می­باشد که بسیار مشکل است.

تاکنون تحقیقات بسیاری در این زمینه انجام شده و دانشمندان به نتایج قابل قبولی رسیده اند. از جمله مهمترین اقدامات تهیه مدل­های استاندارد آسایش حرارتی در ساختمان بوده که بدلایل مهندسی، پزشکی و اقتصادی مورد توجه بسیاری قرار گرفته است. این مدل ها به دو گروه اصلی ایستا[1] و سازگار[2] تقسیم شده است.

1-2-                       مروری بر مدل­های اصلی آسایش حرارتی
1-2-1-    مدل ایستا برای آسایش و راحتی در ساختمان
به طور ساده هدف از این مدل، مشخص کردن ترکیب فاکتورهای زیستی- حرارتی و فاکتورهای شخصیتی می­باشد که شرایط محیطی قابل قبولی برای اکثر ساکنین داخل فضا تولید می­ کند. از جمله فاکتورهای محیطی تأثیرگذار می­توان به دما، حرارت تشعشعی، رطوبت و سرعت هوا اشاره کردو فاکتورهای شخصیتی شامل نوع فعالیت و نحوه لباس پوشیدن می­باشد. پرواضح است که آسایش در محیط بسیار پیچیده است و در واقع عکس­العمل واکنش­ها و تأثیرگذاری­های همه­ی فاکتورهای مذکور و عوامل شخصیتی دیگر می­باشد.

این مدل استاندارد شرایط محیطی قابل قبولی برای بزرگسالان سالم، در فشار اتمسفریک، تا ارتفاع حدود سه هزار متر، در فضای داخلی طراحی شده و برای سکونت انسان برای زمانی بیش از پانزده دقیقه می­باشدکه در این زمان شرایط پایا برای آن شخص ایجاد شده است. همچنین این مدل در مورد فاکتورهای محیطی غیر حرارتی نظیر کیفیت هوا، آکوستیک و روشنایی و یا هرگونه آلودگی بیولوژیکی، شیمیایی و فیزیکی تأثیرگذار بر آسایش و سلامت سخنی به میان نیاورده است.

متغیرهای بسیاری هم از نوع فیزیولوژیکی و هم از نوع روانشناختی، برای هر کدام از افراد وجود دارد که رضایتمندی اشخاص در فضا را مشکل می­ کند. شرایط محیطی مورد نیاز برای آسایش و وسایل و تکنولوژی­های مورد نیاز آسایش برای همه یکسان نیست. هر چند مقادیر آزمایشگاهی و داده­های جمع­آوری شده، داده­های آماری ضروری برای تعریف شرایطی را فراهم می­ کند که در آن، یک درصد مشخص از ساکنین احساس آسایش حرارتی می­ کنند نه همه آن­ها. از جمله محققانی که در این زمینه فعالیت داشتند می­توان به فنگر[3] و گایج[4] اشاره کرد که علاوه بر پیش بینی شرایط آسایش حرارتی بر اساس معادلات موازنه انرژی، سعی در ساده­سازی معادلات و مدلسازی­ها نمودند. افراد دیگری نیز معادلات پیچیده­ و مدل­های پیشرفته­ای برای پیش ­بینی شرایط آسایش ارائه کردند اما همین پیچیدگی مانع گسترش و کاربری مفید آن­ها برای طراحی سیستم­های تهویه مطبوع و مهندسان طراحی ساختمان می­گردد. [2] [3]

1-2-2-   مدل سازگار
یک راه دیگر در مقابل فرضیه آسایش سنتی – که به عنوان مدل سازگار آسایش حرارتی شناخته می­شود – این مفهوم را دارد که مردم در ایجاد محیط حرارتی مناسب­تر یک نقش ابزاری بازی می­ کنند. این موضوع همچنین با واکنش آن­ها با محیط یا بهبود رفتارها کسب می­شود و یا فاکتورهای مرتبط و تاریخچه حرارتی آن­ها انتظارات و برتری­های حرارتی برای آن ها را تغییر می­دهد.

علایق و تحقیقات در زمینه­ فرضیه سازگاری آسایشی اولین بار در اواسط دهه 70 در پاسخ به شوک نفتی[5] آغاز شد و اینرسی آن بدلیل افزایش نگرانی­ها حول تأثیر بشر روی محیط آب و هوایی جهانی اخیرا شدت گرفته است. مزایای بسیاری در بهبود درک تأثیر سازگاری بر آسایش حرارتی در محیط وجود دارد. این مزایا شامل استانداردها و مدل­های پیش ­بینی بهبود یافته، الگوریتم­های کنترل محیط پاسخگو و پیچیده­تر، فرصت­های افزایش یافته برای کنترل شخصی، بالارفتن سطوح آسایش حرارتی و مقبولیت در بین ساکنین، کاهش مصرف انرژی و تشویق کردن پاسخگویی آب و هوایی و طراحی ساختمان مسئول نسبت به محیط.