a · nım ile duyulur ısı olarak ve buharlaşma ile gizli ısı olarak deriden ve solunum ile...

37

Makale

ÖZETBu çalışmada öncelikle ASHRAE Standart 55–2004 ve ISO 7730 uluslar arasıstandartlarında verilen ısıl konfor için kabul edilebilir aralıklar incelenecektir.Daha sonra ısıl konfor parametrelerinin değerlendirilmesinde yaygın olarakkullanılan “Sürekli Rejim Enerji Dengesi” ve “Geçici Rejim Enerji Dengesi”modelleri tanıtılacak, çevresel ve kişisel parametrelerin etkileri bahsedilenmodellerden elde edilen sonuçlar ile ayrı ayrı incelenecektir. Çalışmada, çevre-sel parametrelerin konfor algıları üzerine etkisi deneysel olarak elde edilmişsonuçlar üzerinden de incelenecek, konfor algıları dışında bu parametrelerininsan sağlığı üzerine etkileri de tartışılacaktır.

Anahtar Kelimeler: Isıl Konfor, parametreler, modeller, standartlar

1. GİRİŞÇok çeşitli teknolojiler ve sistemler vasıtasıyla günümüzde yaygınolarak kullanılan iklimlendirme sistemlerinin amacı; bu ortamı kul-lanan insanlara kabul edilebilir kalitede konforlu ve temiz iç ortamhavası hazırlamaktır. İklimlendirme işlemi yapılacak bir hacim içinuygun sistemin seçimi, sistemin ekonomikliği ve güvenilirliğininyanında hacimde çalışan veya ikamet edenler için ısıl konforun sağ-lanması da konuyla ilgili mühendislerin ilgi alanına girmektedir. Isılkonfor şüphesiz ki iş verimini ve üretkenliği etkileyen önemli etken-lerden biridir. Isıl konfor insan boyutları, yaşı, cinsiyeti gibi birçokparametreye bağlı olsa bile en genel anlamda ısıl konforu etkileyenparametreler kişisel ve çevresel parametreler olarak sınıflandırılabi-lir. Ortam sıcaklığı, ortam bağıl nemi, ortam hava hızı ve ortalamaışınım sıcaklığı çevresel parametreler olarak adlandırılırken, kişiselparametreleri ise kişinin metabolik aktivite düzeyi ve giyinme duru-mu oluşturmaktadır.

İnsan vücudu, kullandığı besin ve teneffüs edilen oksijen ile düşüksıcaklıklı ısı yayan ve mekanik iş üreten termodinamik bir sistemgibi düşünülebilir. Vücutta üretilen metabolik enerji taşınım ve ışı-nım ile duyulur ısı olarak ve buharlaşma ile gizli ısı olarak deridenve solunum ile ciğerlerden bulunulan çevreye atılır. Bulunulan orta-

Isıl Konfor ile İlgili MevcutStandartlar ve KonforParametrelerinin Çeşitli Modellerile İncelenmesi

Abs tract:

In this study, the acceptable ranges

that provide thermal comfort, which

are given in ASHRAE Standards 55-

2004 and ISO 7730 international

standards are investigated. Then,

“Steady – State Energy Balance” and

“Transient Energy Balance” models,

which are widely used to evaluate

thermal comfort parameters, are pre-

sented and the effects of environmen-

tal and personal variables on thermal

comfort are examined by using the

results obtained from these models. In

addition, the effects of environmental

parameters on thermal comfort are

analyzed from experimental results,

and the effects of these parameters on

human health as well as comfort sense

are discussed.

Yrd.Doç.Dr. İbrahim ATMACAProf. Dr. Abdulvahap YİĞİT

Key Words:

Thermal Comfort, parameters, mod-els, standards

ibrahim Atmaca:Sablon 29.03.2011 10:25 Page 37

38

Makale

mın konforlu hissedilmesi için vücutta üretilen ener-jinin vücuttan bulunulan çevreye atılan enerjiye eşitolması gerekmektedir. Vücut, yaşamsal organlarınfonksiyonlarının zarar görmemesi için, çevresel şart-lar ne olursa olsun vücut iç bölme sıcaklığını 36.8°C’de tutmak için kompleks fizyolojik denetimmekanizmalarına sahiptir. Vücut bulunduğu çevre ilene kadar kolay bir şekilde enerji dengesini kurabili-yorsa, yani fizyolojik denetim mekanizmaları nekadar az devreye giriyorsa, bulunduğu ortamı o denlikonforlu hisseder [1,2]. Yine de belirli bir ortam şar-tında tüm insanların kendilerini tamamen konforluhissetmedikleri bilinen bir konudur.

Bu çalışmada öncelikle ASHRAE Standart 55–2004[3] ve ISO 7730 [4] uluslar arası standartlarında veri-len ısıl konfor için kabul edilebilir aralıklar incelene-cektir. Daha sonra ısıl konfor parametrelerinindeğerlendirilmesinde yaygın olarak kullanılan“Sürekli Rejim Enerji Dengesi” ve “Geçici RejimEnerji Dengesi” modelleri tanıtılacak, çevresel vekişisel parametrelerin etkileri bahsedilen modeller-den elde edilen sonuçlar ile ayrı ayrı incelenecektir.Çalışmada, çevresel parametrelerin konfor algılarıüzerine etkisi deneysel olarak elde edilmiş sonuçlarüzerinden de incelenecek, konfor algıları dışında buparametrelerin insan sağlığı üzerine etkileri de tartı-şılacaktır.

2. MEVCUT STANDARTLARIsıl konfor için kabul edilebilir aralıklar ASHRAEStandart 55 – 2004 [3] ve ISO 7730 [4] gibi uluslar-arası standartlarda verilmektedir.

ASHRAE Standart 55 – 2004’ün başlığı olan“Thermal Environmental Conditions for HumanOccupancy” dilimize “ Yaşam alanları için ısıl çev-resel şartlar” olarak çevrilebilir. Bu standart, belirlibir ortamda bulunan insanların önemli bir kısmının,bahsedilen çevreyi ısıl olarak kabul edilebilir buldu-ğu şartları açıkça ortaya koymaktadır. Nem, havahızı, metabolik oran ve giysi yalıtımı parametreleri-nin verilen değerleri için konfor aralığı belirlenebil-mektedir. Bu konfor aralığı, kabul edilebilir ısılçevre şartlarını sağlayabilecek operatif sıcaklık cin-

sinden belirlenebilir. Operatif sıcaklık hem havasıcaklığını hem de ortalama ışınım sıcaklığını bera-ber temsil eden bir sıcaklıktır. Bu standartta konforaralığı için sıcaklık sınırlarını belirlemede kullanıla-bilecek 2 adet metot mevcuttur:

• Basitleştirilmiş grafik metot (tipik uygulamalar için)• Isıl denge metoduna bağlı bilgisayar programı

(daha geniş uygulamalar için)

Grafik metodun uygulanabilmesi için geçerli aralık-lar, metabolik oran ve giysi yalıtımı için şu şekildeverilmektedir:

• 1.0 met < M < 1.3 met• 0.5 clo < Icl < 1.0 clo

Çoğunlukla ofis kullanıcıları bahsedilen bu aralıklariçerisinde kalmaktadır.

Bu metotta kullanılan grafik Şekil 1. de sunulmuşturve önerilen operatif sıcaklık aralıkları %80 kişi içinkabul edilebilir aralıklardır. Grafikteki konfor aralık-ları hava hızının 0.2 m/s yi geçmemesi kaydı ilegeçerlidir. Grafikte iki bölge görülmektedir. 0.5 cloklasik yazlık giyim, 1 clo ise klasik kışlık giyim içinyaklaşık değerlerdir. Bu grafik metot bilgisayarprogramından elde edilen değerler ile belirli aralıklariçin hazırlanmıştır. Daha geniş aralıklarda sonuçalmak için direkt olarak 2. metot olan bilgisayarprogramı kullanılabilmektedir. Standartta tavsiyeedilen en üst yaş termometre sıcaklığı 16.8 °C’dir.Alt nemlilik sınırı ise belirlenmemiştir. Bununla bir-likte alt nemlilik sınırı için deri ve göz kuruluğu, sta-tik elektrik üretimi gibi ısıl olmayan konfor şartları-nın göz önünde bulundurulabileceğinden bahsedil-mektedir.

Konforun iyileştirilmesi ile yüksek hava hızları ara-sında tam bir ilişki kurulamamıştır. Bununla birlikte,bu standart, eğer kişi hava hızını bireysel olarakkontrol edebiliyor ise, yüksek hava hızlarının, konforiçin gerekli maksimum sıcaklıkları yükseltmek içinkullanılabilmesine izin vermektedir. Şekil 1.’de veri-len grafik incelendiğinde bahsedilen şartlar altında


39

Makale

önerilen aralığın yaz şartlarında 23.5 °C ile 28 °C,kış şartlarında ise 19 °C ile 26.5 °C arasında olduğugörülebilmektedir.

Bir diğer standart ISO 7730’un başlığı olan“Moderate thermal environments – Determination ofthe PMV and PMV indices and specification of theconditions for thermal comfort” ise dilimize “ortala-ma ısıl şartlar – PMV ve PPD indislerinin belirlen-mesi ve ısıl konfor için şartların saptanması” olarakçevrilebilir. ISO 7730 da 2 amaç hedeflenmiştir;

• Ortalama (aşırı uç noktalara kaçmayan) ısıl çevre-lere maruz insanlar için, ısıl his (PMV) ve ısılmemnuniyetsizliğin (PPD) derecesinin tahminiiçin bir metot sunmak.

• Konfor için kabul edilebilir ısıl çevre şartlarınıbelirlemek.

ISO 7730 da ısıl konfor için gerekli ortam şartlarıhafif ve çoğunlukla oturularak yapılan aktiviteler(M=70 W/m2=1.2 met) için ısıtma ve soğutma peri-yotları durumunda ayrı ayrı önerilmektedir. Bu öne-rilerde yaz periyodu için giysi yalıtımı 0.5 clo, kışperiyodu için giysi yalıtımı 1 clo kabul edilmiştir.

Yaz şartları yani soğutma periyodu için;• Operatif sıcaklık 24.5 °C ± 1.5 °C,• Bağıl nem %30 ile %70 aralığında,• Zeminden 0.1 m ve 1.1 m yükseklikler arasındaki

düşey hava sıcaklığı farkının 3 °C’den az olması

önerilmektedir. Önerilen hava hızları ise, hava sıcak-lığı ve türbülans yoğunluğuna bağlı olarak grafikhalde sunulmaktadır. Önerilen hava sıcaklığı aralı-ğında ortalama hava hızı, %10 ile %20 türbülansyoğunluğu arasında yaklaşık 0.2 m/s civarında kal-maktadır.

Kış şartları yani ısıtma periyodu için;• Operatif sıcaklık 22 °C ± 2 °C,• Bağıl nem %30 ile %70 aralığında,• Zeminden 0.1 m ve 1.1 m yükseklikler arasındaki

düşey hava sıcaklığı farkının 3 °C’den az olması,• Zemindeki yüzey sıcaklığının 19 °C ile 26 °C ara-

sında kalması (fakat yerden ısıtma sistemlerinin 29°C için dizayn edilebileceği),

• Pencereler veya diğer soğuk yüzeylerden dolayı ışı-nım sıcaklığı asimetrisinin 10 °C’den az olması,• Tavandan ısıtmadan dolayı ışınım sıcaklığı asimet-

risinin 5 °C’den az olması

Şekil 1. Operatif Sıcaklık ve Nem İçin Kabul Edilebilir Aralıklar [3].

ibrahim Atmaca:Sablon 29.03.2011 10:25 9

40

Makale

önerilmektedir. Önerilen hava hızları ise yine havasıcaklığı ve türbülans yoğunluğuna bağlı olarak gra-fik halde sunulmaktadır. Önerilen hava sıcaklığı ara-lığında ortalama hava hızı yine, %10 ile %20 türbü-lans yoğunluğu arasında yaklaşık 0.2 m/s civarındakalmaktadır.

Bu standartta, çeşitli metabolik aktivite düzeyleri vegiysi yalıtım değerleri için %50 bağıl nem durumun-da, farklı hava hızı değerlerinde PMV indisinin ala-cağı değerler de tablolar halinde sunulmaktadır.Bahsedilen PMV değeri tabloları standart da şu ara-lıklar için mevcuttur:

• 0 clo ≤ Icl ≤ 2 clo• 58 W/m2 = 1 met ≤ M ≤ 232 W/m2 = 4 met• 0.1 m/s ≤ v ≤ 1 m/s

3. ISIL KONFOR MODELLERİYaygın olarak kullanılan iki ısıl konfor modeli mev-cuttur. Bunlar sürekli rejim enerji dengesi ve iki böl-meli anlık enerji dengesi modelleridir. Her ikimodelde de deri sıcaklığının ve deri yüzeyinden ısıgeçişinin vücut üzerinde düzgün dağılımlı olduklarıvarsayılmıştır ve vücut bir bütün olarak tek parçadüşünülmüştür.

3.1. İki Bölmeli Anlık Enerji Dengesi ModeliGeçici rejim için geliştirilen ve Gagge modeli olarakda bilinen bu model, insan vücudunun tümünü iç içeiki silindir olarak ele alır [1,5,6]. İçteki silindir vücu-dun içini (iskelet, kaslar, iç organlar), dıştaki silindirise deri tabakasını temsil eder. Gagge modelinde ikisilindir arasında ısı ve kütle transferi olduğu gibi dışsilindirden ortama da duyulur ve gizli ısı transferiolmaktadır. Bu model aşağıda belirtilen kabullerüzerine kurulu bir modeldir;

1. Her bölmenin (kor ve deri) sıcaklığı üniformdur.2. Metobolik ısı üretimi, yapılan iş ve nefes yolu ile

olan ısı kaybı iç bölme yani kor tabakası ile iliş-kilidir.

3. Deriden iletimle ısı geçişi ihmal edilebilir.4. İki bölme arasında gerek iletim ve gerekse kan

akışı yoluyla enerji alışverişi olur.Anlık enerji dengesinde, birim zamanda depolanan

ısıl enerji, net ısı kazancı ile ısı kaybı arasındakifarka eşittir. Her iki silindir için Termodinamiğin I.kanunu yazılırsa;

Scr = M – W – (Cres + Eres) – Qcr,sk (1)

Ssk = Qcr,sk – (C + R + Esk) (2)

şeklinde ifade edilebilir [1]. Bu denklemlerde,

Scr = birim zamanda iç bölmede depolanan ısılenerji, W/m2

Ssk = birim zamanda deride depolanan ısıl enerji,W/m2

M = metabolik ısıl enerji üretimi, W/m2

W = yapılan mekanik iş, W/m2

Cres = solunum ile olan taşınım ısı kaybı, W/m2

Eres = solunum ile olan buharlaşma ısı kaybı, W/m2

Qcr,sk = iç bölmeden deriye vücut dokularından olaniletim ve kan akışı ile olan taşınımla ısı geçi-şinin toplamı, W/m2

C+R = deriden duyulur ısı kaybı, W/m2

Esk = deriden toplam buharlaşma ısı kaybı, W/m2

olarak tanımlanmaktadır. Vücutta birim zamandadepolanan ısıl enerji anlık iç enerji artışına eşittir.Birim zamanda depolanan enerji, kor ve deri tabaka-sı için ayrı ayrı ısıl kapasite ile birim zamanda sıcak-lık değişiminin çarpımı olarak ifade edilirse,

Scr = (1 – α).m.cp,b.(dTcr / dθ) / AD (3)

Ssk = α.m.cp,b.(dTsk / dθ) / AD (4)

şekillerinde yazılabilir. Bu denklemlerde,

α = boyutsuz olarak vücut kütlesinin deri bölge-sinde bulunan oranı

m = vücut kütlesi, kgcp,b = vücudun özgül ısısı (3490 J/kg.K)θ = zaman, s

olarak tanımlanmaktadır [1].

3.2. Sürekli Rejim Enerji Dengesiİnsan vücudunun ısıl denge durumunda olduğu ve

ibrahim Atmaca:Sablon 29.03.2011 10:25 0

41

Makale

enerji depolamasının ihmal edilebileceği varsayımı-na dayanan sürekli rejim enerji dengesi modeliFanger tarafından geliştirilmiştir [1]. Bu modelde,vücut deri ile sınırlandırılmış tek bir sıcaklığa sahipbir kontrol hacmi olarak ele alınır. Vücut tek bölmeolarak ele alındığı için, bu modelde titreme ve kanakışı ile denetim göz önünde bulundurulmaz vesıcaklık zamana göre sabit kabul edilir. Isı depola-ması yoksa sürekli rejimde, vücut tarafından üretilenısı vücuttan olan ısı kayıplarına eşit olmalıdır.

M − W = Qsk+Qres = (C+R+Esk) + (Cres+Eres) (5)

Bu bağıntıda,

Qsk = deriden olan toplam ısı kaybı, W/m2

Qres = solunum ile olan toplam ısı kaybı, W/m2

anlamlarındadır.

Çok yaygın olan bu iki model dışında sık kullanılanbaşka bir model ise Stolwijk modelidir. Bu modeldevücut parçaları iç bölge, kas, yağ ve deri bölgeleriolmak üzere dört bölmeye ayrılmıştır. Isı transferibölmeler arasında iletim ve kan üzerinden taşınım ileolur. Metabolik ısı üretimi çeşitli bölgelere ve taba-kalara orantılı olarak bölünür. Çevre ile temasta olanderi bölmesi taşınım, ışınım ve buharlaşma yoluylaçevre ile ısı alışverişinde bulunur. Bu modelde herbir bölme için enerji dengesi uygun şekilde yazılarakçözüme gidilir.

4. ÇEŞİTLİ KONFOR PARAMETRELERİ ETKİLERİNİN İNCELENMESİ

Bahsedilen mevcut standartlardan ve ısıl konformodellerinden görülebileceği gibi, ortam sıcaklığı,hava hızı, nem miktarı, ışınım sıcaklığı ve insanınmetabolik aktivite seviyesi konforu etkileyen entemel parametrelerdir. Aşağıda bu parametrelerinetkileri ele alınacaktır. Giysi durumu da bu paramet-reler arasında sayılabilir, ancak özellikle yaz şartla-rında kullanılan giysi takımları için direnç miktarı0.5 clo, kış şartlarında kullanılanlar için ise 1 clocivarında olduğundan, bu parametrenin etkisi tekrarincelenmemiştir. İnceleme yapılırken, iki bölmelianlık enerji dengesi modeli kullanılmış fakat özellik-le ışınım sıcaklığının farklı vücut parçalarına olan

etkisini görebilmek için vücut 16 ayrı parçaya bölü-nerek model ele alınmıştır. İki bölmeli anlık enerjidengesi modelinin 16 vücut parçası üzerine uygula-nışı literatürde mevcuttur [7,8,9].

4.1. Sıcaklık EtkisiSıcaklık etkisi incelenirken vücudun en büyük par-çalarından biri olan sırt bölmesi göz önüne alınmış,ortam hava hızı ve bağıl nemi olarak sırasıyla idealdeğerler olan 0.2 m/s ve %50 değerleri uygulanmış-tır. İncelemede sakin oturma durumu ele alınmış vebu durum için metabolik aktivite düzeyi 60 W/m2

olarak alınmıştır. Şekil 2-a’da sırt bölgesi deri sıcak-lığının ortam sıcaklığına bağlı olarak zamanla deği-şimi verilmiştir. Şekilden görüleceği üzere, 24 °Cortam sıcaklığında sırt bölgesi deri sıcaklığı nötr sırtderi sıcaklığı 33.2 °C’de sabit kalırken, 26 °C ortamsıcaklığında yaklaşık 0.3 °C kadar yükselmektedir.20 °C ve 22 °C ortam sıcaklıklarında ise sırasıylayaklaşık 2.7 °C ve 1.5 °C’lik düşüşler meydana gel-mektedir. Şekil 2-b’de sırt bölgesi deri ıslaklığınınortam sıcaklığına bağlı olarak zamanla değişimisunulmaktadır. 20 °C, 22 °C ve 24 °C ortam sıcak-lıklarında aktif ter salgısı meydana gelmezken, 26 °Cortam sıcaklığında hafif bir terleme ile deri ıslaklığıyaklaşık 0.12 değerine yükselmektedir. 20 °C, 22 °Cve 24 °C ortam sıcaklıklarında ise deri ıslaklığıdifüzyona bağlı olarak meydana gelen 0.06 değerin-de sabit kalmaktadır. Şekil 2-c’de sırt bölgesindenolan toplam ısı kaybının sıcaklığa bağlı olarakzamanla değişimi sunulmaktadır. Toplam ısı kaybıdeğerleri deriden olan duyulur ve buharlaşma ısıkayıplarının yanında çok küçük bir değer olan solu-num kayıplarını da içermektedir. Şekilden görülebi-leceği üzere, 24 °C ortam sıcaklığında, üretilenmetabolik enerji olan 60 W/m2 değerinin tamamısürekli olarak vücuttan bulunulan ortama transferedilebilmektedir ve böylece sırt parçası deri sıcaklı-ğı nötr değer olan 33.2 °C’de sürekli korunmaktadır.26 °C ortam sıcaklığında, deri ile ortam arasındakisıcaklık farkının diğer ortam sıcaklıklarına göre kıs-men düşük olması nedeni ile başlangıçta vücuttanatılması gereken 60 W/m2’lik metabolik enerjininyaklaşık 50 W/m2 kadarı atılabilmekte, zamanla aktifterleme ile gerekli tüm miktar ortama transfer edile-bilmektedir. Fakat 20 °C ve 22 °C ortam sıcaklıkla-


42

Makale

rında atılması gerekli 60 W/m2’nin çok çok üzerindeısı vücuttan atılmakta, bu da sırt bölgesi deri sıcaklı-ğının düşmesine sebebiyet vermektedir. Modeldenelde edilen sonuçlar yaz şartlarında 24 °C’nin altın-daki ortam sıcaklıklarının konforsuz ortamlara yolaçabileceğini açıkça ortaya koymaktadır.

4.2. Hava Hızı Etkisiİnsanın ısıl ortama verdiği tepkiler incelenirken,sabit değerler olarak %50 bağıl nem ve 24 °C ortamsıcaklığı değerleri uygulanmış, metabolik aktiviteseviyesi yine 60 W/m2 olarak alınmıştır. Ortam hava

hızına bağlı olarak sırt bölgesi deri sıcaklığınınzamanla değişimi Şekil 3-a’da verilmiştir. Şekildengörüleceği üzere, 0.2 m/s hava hızında sırt parçasıderi sıcaklığı 33.2 °C nötr deri sıcaklığında sabitkalırken 0.4 m/s ve 0.6 m/s hava hızında sırt parçasıderi sıcaklığı yaklaşık 1.2 °C ve 1.8 °C azalmaktadır.Sırt bölgesinden olan toplam ısı kaybının ortam havahızına bağlı olarak zamanla değişimi Şekil 3-b’deverilmiştir. 0.2 m/s hava hızında metabolik ısı üreti-mine bağlı olarak atılması gereken 60 W/m2’lik ısı,bulunulan ortama sürekli olarak atılırken, 0.4 m/s ve0.6 m/s hava hızlarında atılması gerekenden daha

Şekil 2. Ortam Sıcaklığının Deri Sıcaklığı, Deri Islaklığı ve Isı Kaybı Üzerine Etkisi [7].

Şekil 3. Ortam Hızının Deri Sıcaklığı ve Isı Kaybı Üzerine Etkisi [7].


43

Makale

fazla ısı transferi gerçekleşmekte ve normal olarakderi sıcaklığı zamanla düşmektedir. Elde edilensonuçlar yüksek ortam havası hızlarının konforsuz-luğa yol açabileceğini açıkça göstermektedir.

4.3. Nem EtkisiVücudun ortam bağıl nemine verdiği tepki incelenir-ken, ortam sıcaklığı 24 °C, hava hızı ise 0.2 m/s’desabit tutulmuş, metabolik aktivite seviyesi 60 W/m2

olarak alınmıştır. Şekil 4-a’ da ısıl ortam bağıl nemi-ne bağlı olarak sırt bölgesi deri sıcaklığının zamanladeğişimi verilmiştir. Grafik düşey eksenine bakılırsa,ortam bağıl neminin sırt bölgesi deri sıcaklığı üzeri-ne çok fazla etken olmadığı açıkça görülecektir. Sırtbölgesi deri sıcaklığı, %40 bağıl nemde yaklaşık0.15 °C düşerken, %60 ve %80 bağıl nem değerle-rinde sırasıyla yaklaşık 0.05 °C ve 0.1 °C yüksel-mektedir. Yani ısıl ortam bağıl nemi deri sıcaklığıüzerine ortam hava hızı ve sıcaklığı kadar etkendeğildir. Ortam bağıl nemine bağlı olarak vücutıslaklığının zaman ile değişimi grafik halde verilme-miştir. Çünkü %40 bağıl nemde vücut ıslaklığı 0.06değerinde sabit kalırken, %60 ve %80 bağıl nemseviyelerinde de maksimum 0.067 değerine yüksel-mektedir.

Kuru halde sırt bölgesinden atılan toplam ısı kaybı-nın ortam bağıl nemine bağlı olarak zamanla değişi-mi de Şekil 4-b’de verilmektedir. Şekilden görülece-ği üzere, ısıl ortam bağıl neminin değişimi deridenolan toplam ısı kaybını çok fazla etkilememektedir.Toplam ısı kaybı ısıl ortam bağıl nemine bağlı olarakyaklaşık 58 W/m2 ile 60 W/m2 arasında değişmekte-dir. Bu değerde zaten vücuttan atılması gereken

metabolik ısı üretimi değeri 60 W/m2’ye yakındır vebu nedenle deri sıcaklığı ısıl ortam bağıl nemindençok fazla etkilenmemektedir.

Mevcut analizden, ortam sıcaklığının ısıl konfor içinkabul edilebilir aralıkta olması şartıyla bağıl neminderi sıcaklığı ve deriden olan ısı kaybı üzerine etkenbir parametre olmadığı sonucu çıkarılabilir. Bağılnem yüksek ortam sıcaklıklarında önemli bir para-metre haline gelmektedir. Şekil 5-a incelenirse 30 °Cortam sıcaklığında bağıl nemin vücut parçası derisıcaklığını etkilediği, bu etkilenmenin giyimli vücutparçalarında daha fazla olduğu görülebilir. YineŞekil 5-b incelendiğinde, bağıl nemin yüksek ortamsıcaklıklarında vücut parçası deri ıslaklığı üzerindede etken olduğu açıkça görülebilmektedir. Yüksekortam nemi, özellikle giyimli vücut parçalarındayüksek vücut ıslaklıklarına dolayısıyla konforsuzlukhissine sebebiyet verebilmektedir.

4.4. Işınım Sıcaklığı EtkisiIşınım sıcaklığı da konfor üzerine etken olan para-metrelerden biridir. Ortam sıcaklığı, hava hızı venemi istenilen değerlerde tutulsa bile hacimde bulu-nan sıcak veya soğuk yüzeyler, mekânı kullananlariçin konforsuzluğa sebebiyet verebilecektir. Şekil6’da iç yüzey ile ortam sıcaklığı arasında oluşacakfarkın vücut parçaları deri sıcaklığı, ortalama derisıcaklığı ve konfor algıları üzerine etkisi incelen-mektedir. İncelemede ortam hava hızı, bağıl nemi veinsanın metabolik aktivite düzeyi sırasıyla 0.2 m/s,%50 ve 60 W/m2 olarak alınmıştır. Bir hacim içeri-sinde çok fazla ışınım yapan yüzey ve nesne olduğuiçin bu grafikler oluşturulurken, sadece insanın sol

Şekil 4. Ortam Bağıl Neminin Deri Sıcaklığı ve Isı Kaybı Üzerine Etkisi [7].


44

Makale

ve ön tarafındaki duvarlar ile tavan sıcaklığınınortam sıcaklığından farklı olduğu, diğer yüzey sıcak-lıklarının ortam sıcaklığına eşit olduğu göz önündebulundurulmuştur. Şekil 6-a’dan da görülebileceğiüzere, bahsedilen yüzeyler ile ortam sıcaklığı arasın-da farkın artması, vücut parçası deri sıcaklıklarınıönemli derecede etkilemektedir. Özellikle tavanayakın olan baş vücut parçası ve ön duvara yakın olangöğüs vücut parçası ile vücudun sol bölümündekalan vücut parçalarında olan sıcaklık artışları, diğerparçalara nazaran daha yüksek olmaktadır. Şekil 6-b’den de artan sıcaklık farkı ile ortalama deri sıcak-lığının yükseldiği, başlangıçta sıfır olan PMV değe-rinin 2 değerlerine kadar yükseldiği ve konfor algıla-rının önemli miktarlarda etkilendiği açıkça görül-mektedir. Sonuç olarak, ortamda bulunan düşük veyayüksek sıcaklıklardaki yüzey veya nesnelerinde insa-nı etkileyen ışınım sıcaklığını ve dolayısıyla konforalgılarını etkin bir şekilde değiştirdiği ve dikkatealınması gerekli olan bir parametre olduğu söylene-bilir.

4.5. Metabolik Aktivite EtkisiKonfor algıları üzerine etken bir diğer parametre dekişinin metabolik aktivite seviyesidir. Şekil 7’defarklı ortam sıcaklıklarında aktivite seviyesinin derisıcaklığı ve ıslaklığı üzerine etkisi verilmektedir.Bahsedilen grafiklerde hava hızı 0.2 m/s ve nemoranı %50 olarak alınmış ve vücut bir bütün olarakdüşünülmüştür. Şekil 7-a’dan da görülebileceğiüzere, sakin ayakta durma konumunu temsil eden 70W/m2 metabolik aktivite düzeyinde 24 °C ortamsıcaklığında yaklaşık 33.7 °C olan deri nötr sıcaklığıkorunurken, artan aktivite düzeyi ile konforlu sayı-lan bu ortamda dahi vücut deri sıcaklığı yükselmek-tedir. Deri ıslaklığı da artan metabolik aktivite düze-yi ile değişmektedir. Bu durum Şekil 7-b’den degörülebilmektedir. Artan aktivite düzeyi ile vücutıslaklığı, difüzyona bağlı olarak olması gerekli nor-mal deri ıslaklığı değeri 0.06 nın üzerine çıkmakta-dır. Bütün bu sonuçlardan görülebileceği üzere,metabolik aktivite düzeyi de insan ısıl konforunuetkileyen ve iklimlendirilen hacimlerde mutlaka dik-kat edilmesi gerekli parametrelerden birisidir.

Şekil 5. Ortam Bağıl Neminin Deri Sıcaklığı ve Islaklığı Üzerine Etkisi [8].


45

Makale

5. DENEYSEL VERİLERIsıl konfor ya da konforsuzluğun yani ısıl duyumuntespiti genellikle “Tahmini Ortalama Oy (PMV)”indisi kullanılarak yapılmaktadır. PMV geniş bir

insan grubunun ısıl ortama verdiği tepkiyi ortalamaolarak tahmin edebilen 7 noktalı ölçeğe dayalı bir ısılduyum indisidir. Bu ölçek şu şekildedir: 0 Nötr, ±1biraz ılık / biraz serin, ±2 ılık / serin, ±3 sıcak /

Şekil 6. Işınım Sıcaklığının Deri Sıcaklığı ve Konfor Algıları Üzerine Etkisi [9].

Şekil 7. Aktivite Düzeyinin Ortam Sıcaklığına Bağlı Olarak Deri Sıcaklığı ve Islaklığı Üzerine Etkisi[10].


46

Makale

soğuk. Kontrollü bir şartlandırma odasında her birparametre değişiminde 3 denek kullanılarak yapılansorgulamalar sonucunda elde edilen PMV değerleriTablo 1’de verilmiştir. Bu sorgulama sırasındadenekler şartlandırma odasında 2 saat süreyle kal-mışlar, bu periyot boyunca ilk 10 dakika içinde, ilk 1saat sonunda ve deneyin son 5 dakikası içerisindePMV değerleri istenmiş ve ortalamalar alınaraksonuca varılmıştır. İnsanların iklimlendirilmişmekânlara terli olarak da girebileceği göz önündebulundurularak hem kuru hem de ıslak halde incele-meler yapılmıştır. Yapılan deneyler ile kullanılancihaz ve parametrelerle ilgili detaylı bilgiye [7,11]no’lu kaynaklardan ulaşılabilmektedir. Deneylerdenem değişimi de incelenmiş ancak her nem kademe-sinde PMV değeri ±0.5 aralığında kalmıştır.Tablodan da görülebileceği gibi konfor için kabuledilebilir değerler olan 24 °C ve 0.2 m/s hava hızıdeğerlerinde insanlar kendilerini konforlu hisseder-ken, daha yüksek hava hızlarında ve daha düşüksıcaklıklarda konforsuzluk hissi gözlemlenmiştir.Konforsuzluğun ortaya çıktığı bu şartlar konfor ara-

lığında olmasa da konfor bölgelerine oldukça yakınolması ve iklimlendirilen ortamlarda ortaya çıkabile-cek şartlar olması bakımından önem arz etmektedir.

İklimlendirilen ortamlarda çalışan veya yaşayaninsanların sıklıkla boyun hareket kısıtlılıklarındanyakındıkları da bilinen bir konudur. Bu çerçevedesöz konusu deneyler sırasında boyun hareketlerindeoluşan kısıtlılıklarda incelenmiştir ve Tablo 2’desunulmuştur. Bu tabloda çeşitli analizlerde elde edi-len boynun sağa ve sola rotasyonlarında oluşan açıkaybı ortalamaları ve standart sapmaları verilmekte-dir. Sıcaklık ve hal (vücudun kuru veya ıslak olmasıhali) faktörlerinin incelendiği 1. analiz neticesindetablodan da görülebileceği üzere, artan ortam sıcak-lığı ile hem kuru hem de ıslak halde boyun açı kayıp-larının azaldığı görülebilmektedir. Değerler incelen-diğinde, vücudun ıslak veya kuru olmasının da etkinolmadığı, her iki hal içinde kayıp değerlerinin birbi-rine yakın olduğu anlaşılabilmektedir. Hız ve halfaktörlerinin ele alındığı 2. analizden elde edilenneticeler tablodan incelendiğinde, vücut kuru halde

Tablo1. Deneylerde Elde Edilen PMV değerleri [7,11].

Tablo 2. Deneysel Olarak Elde Edilen Ortalama Boyun Açı Kaybı ve Standart Sapmaları (derece) [11].


47

Makale

iken artan hava hızı ile boyun açı kaybı arasında çar-pıcı değişimler olmadığı, ıslak halde ise artan havahızıyla boyun açı kaybı değerlerinin yükseldiği vekuru hale göre daha büyük değerler aldığı açıkçagörülebilmektedir. Nem ve hal faktörlerinin incelen-diği 3. analizde, artan nem ile çarpıcı değişimlermeydana gelmemiştir.

Tablo 2.’den gözlemlenen sonuçları geçerli kılmakiçin, ANOVA analizleri de yapılmış ve bu sonuçlarTablo 3.’de özetlenmiştir. Bu analizde, P değeri birfaktörün etki olasılığını gösterir ve %95 güven sevi-yesi için, 0.05 in altında kalan P değerleri istatistik-sel olarak önemlidir, yani faktör etkendir. Tablo 2.incelendiğinde, sıcaklığın boyun açı kaybı üzerineetken olduğu görülebilmektedir (P=0.0158 veP=0.0188). Diğer bir deyişle, hava sıcaklığı sağarotasyon için %98.42, sola rotasyon için %98.12 ola-sılıkla boyun açı kaybı üzerine etkendir. Yine mevcuttablodan görüleceği üzere, hal ile hız ve hal kesişi-minin boyun açı kaybı üzerine etken olduğu görüle-bilmektedir. Bunu anlamı, vücut kuru halde iken hızetkin değildir fakat ıslak haldeyken hız etkendir şek-linde yorumlanabilir. Tablo 3.’den görülebileceğiüzere, nemin boyun açı kaybı üzerine herhangi biretkisi görülmemektedir. Faktör seviyeleri arasındakifarkı inceleyebilmek için yapılan istatistiksel SNKtesti, sağa rotasyon için 20 °C hava sıcaklığının 24°C ve 26 °C hava sıcaklıklarından önemli şekildefarklılıklar gösterdiğini, 22 °C hava sıcaklığının isediğer sıcaklık seviyeleriyle önemli bir fark göster-

mediğini ortaya koymuştur. Sola rotasyon için ise 20°C ile 26 °C’nin önemli farklar arz ettiği, 22 °C ve24 °C’nin ise diğer sıcaklıklar ile fark göstermediğielde edilmiştir. 2. analiz için yapılan SNK testi ise,hız seviyeleri arasında bir fark olmadığı, fakat vücu-dun kuru ya da ıslak olmasının önemli şekilde fark-lılıklar arz ettirdiği sonucunu vermektedir. Bütün butestlerden sonra, yüksek boyun açı kaybı değerlerin-den dolayı, 20 °C ve 22 °C hava sıcaklıklarınınvücudun kuru veya ıslak olmasından bağımsız olarakriskli olduğu, 0.4 m/s ve 0.6 m/s hava hızlarının dayine yüksek açı kaybı nedeni ile vücudun ıslak olma-sı durumunda riskli olduğu sonucuna varılmıştır.Bahsedilen bu ortam şartlarının konforsuzluk yarat-tığı da Tablo 1’de gösterilmişti. Böylece, boyunhareket kısıtlılıkları rastlanan ortam şartlarının sade-ce ısıl olarak konforsuz bir ortam yaratmadığı aynızamanda insanı fizyolojik olarak da etkilediği görü-lebilmektedir.

SONUÇÇalışmada, ısıl konfor ile ilgili mevcut standartlartanıtılmış, ısıl konforun ve parametrelerinin araştırıl-masında sıklıkla kullanılan 2 ayrı model incelenmiş-tir. Bahsedilen modellerden elde edilen veriler ilesıcaklık, hava hızı, nem, ışınım sıcaklığı ve metabo-lik aktivite seviyesi gibi ısıl konfor parametrelerininetkileri ayrı ayrı değerlendirilmiş, her birinin önemi-ne dikkat çekilmiştir. Güncel standartlarda verilenkonfor sınırlarının dışında kalan fakat konfor bölge-lerine yakın 20 °C ve 22 °C ortam sıcaklığı ile 0.4

Tablo 3. Sağa ve Sola Rotasyonlar İçin ANOVA Analizinden Elde Edilen P Değerleri [11].


48

Makale

m/s ve 0.6 m/s hava hızları değerlerinin ortamı kul-lanan insanlar için sadece konforsuzluk yaratmadığıaynı zamanda boyun hareket kısıtlılıklarına sebebi-yet verebildiği de gösterilmiştir.

KAYNAKLAR[1] ASHRAE handbook – Fundamentals, chapter 8.,

Atlanta: American Society of Heating, Refrigerationand Air-conditioning Engineers. 29p., 1993.

[2] BUTERA, F.M., “Chapter 3 – Principles ofThermal Comfort”, Renewable & SustainableEnergy Reviews, 2: 39 – 66, 1998.

[3] ANSI / ASHRAE Standard 55 – 2004, “Thermalenvironmental conditions for human occu-pancy”, 2004.

[4] ISO 7730, “Moderate thermal environments –Determination of the PMV and PPD indices andspecification of the conditions for thermal comfort”International Organization for Standardization,1994.

[5] GAGGE, A.P., STOLWİJK, J.A.J., NISHI, Y.,“An effective temperature scale based on a sim-ple model of human physiological regulatoryresponse”, ASHRAE Transactions, 77 (1): 247 –257, 1971.

[6] GAGGE, A.P., FOBELETS, A.P., BERGLUND,L.G., “A standard predictive index of human res-ponse to the thermal environment”, ASHRAETransactions, 92 (2B): 709 – 731, 1986.

[7] ATMACA, İ., “Isıl konfor parametrelerinin insanüzerine etkisinin incelenmesi”, Doktora tezi,Bursa, 2006.

[8] ATMACA, İ., YİĞİT, A., “Predicting the effect ofrelative humidity on skin temperature and skinwettedness”, Journal of Thermal Biology, 31:442 – 452, 2006.

[9] ATMACA, İ., KAYNAKLI, Ö., YİĞİT, A.,“Effects of radiant temperature on thermal com-fort”, Building and Environment, 42: 3210 –3220, 2007.

[10] YİĞİT, A., ATMACA, İ., “Iklimlendirilenortamlar için ısıl konforun geçici rejim enerjidengesi modeli ile değerlendirilmesi”, İKLİM2005 Ulusal İklimlendirme Sempozyumu veSergisi, Bildiriler Kitabı: 232 – 243, 2005.

[11] ATMACA, İ., YİĞİT, A., “İklimlendirilenortamlarda insane ısıl tepkileri ve sağlığı üzeri-ne deneysel bir araştırma”, VIII. Ulusal TesisatMühendisliği Kongresi, Bildiriler Kitabı: 319 –337, 2007.


a · nım ile duyulur ısı olarak ve buharlaşma ile gizli ısı olarak deriden ve solunum ile...

Documents