ISIL KONFOR ÝÇÝN GEREKLÝ VÜCUT SICAKLIKLARI VE ORTAM

Transkript

1 Isýl Konfor Ýçin Gerekli Vücut Sýcaklýklarý ve Ortam Þartlarý! "#!!$ % %! &' '(*)+, + -. /, ! "#!!$ % %! 327 ISIL KONFOR ÝÇÝN GEREKLÝ VÜCUT SICAKLIKLARI VE ORTAM ÞARTLARI Ömer KAYNAKLI*, Recep YAMANKARADENÝZ Uludað Üniversitesi,Müh-Mim. Fak., Makine Müh. Böl., Bursa, TÜRKÝYE, kaynakli@uludag.edu.tr ÖZET Endüstrileþmiþ ülkelerde insanlar zamanlarýnýn yaklaþýk %90'nýný kapalý mekanlarda geçirmektedirler. Kapalý mekanlarda ýsýl konforu etkileyen çevresel parametreler, hava sýcaklýðý, nemi, hýzý ve ortalama ýþýným sýcaklýðýdýr. Isýl çevrenin deðerlendirilmesinde, bu parametrelerin yanýnda kiþinin giysi durumu ve aktivitesi de göz önünde bulundurulmalýdýr. Bu çalýþmada, ýsýl konforu saðlayan deri sýcaklýðý (t sk, req ), terlemeyle olan ýsý kaybý (E sk, req ) deðerleri ve vücut üzerindeki ýsýl yükün yaklaþýk sýfýr olmasý gereði referans alýnarak, ýsýl konfor parametreleri belirlenmeye çalýþýlmýþtýr. Ayrýca vücudun iç bölme ve ortalama sýcaklýklarý tespit edilmiþtir. Anahtar Kelimeler : Isýl Konfor, ýsýl konfor parametreleri, vücut iç bölme ve deri sýcaklýklarý THERMAL COMFORT FOR REQUIRED BODY TEMPERATURES AND AMBIENT CONDITIONS ABSTRACT In industrialized countries about 90 % of the time is spent indoors. The environmental parameters affecting indoor thermal comfort are air temperature, humidity, air velocity and mean radiant temperature. In assessing thermal environment, besides these environmental parameters, we should also consider some personal parameters such as clothing and human activity. In this study, we tried to determine the thermal comfort factors with reference to required skin temperature (t sk, req ) and sweating heat loss (E sk, req ) and necessity of heat load being equal to zero. We also determined body core and mean body temperatures. Key Words : Thermal comfort, thermal comfort factors, body core and skin temperatures 1. GÝRÝÞ Vücut ile çevre arasýndaki ýsý geçiþi ile ilgili yaygýn olarak iki model kullanýlýr. Ýlki, Fanger ve arkadaþlarý tarafýndan geliþtirilen Sürekli Rejim Enerji Dengesi Modeli'dir ve vücudu bütün olarak ele alýp enerji depolamasýnýn ihmal edilebileceðini ve vücut sýcaklýklarýnýn zamana göre sabit kaldýðýný kabul eder (1,2). Ýkincisi Gagge ve arkadaþlarý tarafýndan geliþtirilen Ýki Bölmeli Anlýk Enerji Dengesi

2 328 G.Ü.-Fen Bil. Derg.,16(2): , 2003 / Ömer KAYNAKLI, Recep KARADENÝZ Modeli'dir. Bu model ise vücudu iç içe iki silindir olarak kabul eder ve iç silindir iç organlarý, kaslarý ve kemikleri, dýþ silindir ise deri ve ona baðlý dokularý simgeler. Her iki tabaka arasýnda iletim ve kan akýþý yoluyla ýsý geçiþi söz konusudur. Ýç bölme ve deride birim zamanda depolanan ýsýl enerji, bu tabakalarýn sýcaklýðýnýn zamanla deðiþmesine neden olur (1,2). Ýnsanlarýn, bulunduðu ortamdan ýsýl olarak memnuniyeti þeklinde tanýmlanan ýsýl konfor, his ve duygular ile ilgili bir kavramdýr. Isýl konfor genel olarak, ortam sýcaklýðýna, baðýl neme, ortamdaki hava hareketlerine, ýþýným sýcaklýðýna, kiþinin hareketliliðine (metabolik aktiviteye) ve giysi dirençlerine baðlýdýr (1,3). Günümüz teknolojisinde, hemen hemen her dahili ortamýn iklimlendirilmesi mümkündür. Ýnsan kullanýmý için oluþturulan yapay iklimli ortamlarda amaç, her bireyin ýsýl konfora sahip olacaðý bir ýsýl ortamýn oluþturulmasýdýr. Ýnsanlarýn zihinsel, fiziksel ve algýsal performanslarý, ýsýl konforda bulunduklarýnda genelde en üst seviyededir (4). Konu ile ilgili yapýlan çalýþmalarda, vücudun çeþitli kýsýmlarýndan olan ýsý kayýplarýný farklý giysiler için incelemiþtir(2). Fakat çalýþmada, vücudun konfor bölgesinde olmasý için ýsýl konfor parametrelerinin nasýl deðiþtiði belirtilmemiþtir. Isýl konfor þartlarýna etkileyen parametreleri ve vücut ile çevre arasýndaki ýsý geçiþ mekanizmalarýný detaylý olarak anlatarak çevreyle gerçekleþen ýsý ve kütle transferi denklemlerini özetlemiþtir (3). Çalýþmada ayrýca, insanýn farklý aktivitelerde (uyuma, oturma, ayakta durma, koþma, otomobil kullanma, çalýþma vs.) vücudun ürettiði ýsý, giysilerin ýsýl dirençleri, insanla çevreleyen yüzeyler arasýndaki görüþ faktörü geniþ olarak ele alýnarak farklý hava hýzý ve giysi durumlarýnda kiþinin aktivitesiyle tahmini ortalama oy (PMV) deðerinin deðiþimini verilmiþtir. Çok soðuk kýþ þartlarýnda otomobil içindeki konfor þartlarýný incelemiþtir (5). Otomobil içinde ýsýtma sürecini deneysel olarak tespit ederek bu süreçte vücuttan olan ýsý kayýplarýnýn ve ortam þartlarýnýn ýsýl duyum üzerindeki etkisi incelenmiþtir. Kapalý mekanlarda ýsýl konfor þartlarýný etkileyen çevresel ve kiþisel toplam altý parametreyi ve bunun yanýnda hava kalitesinin kapalý mekan konfor þartlarý üzerindeki etkilerini incelemiþtir (6). Teorik ve deneysel ýsýl konfor modellerini incelemiþ ve birbirleri ile karþýlaþtýrmalar yaparak modellerin uygunluðunu tartýþmýþtýr (7). Farklý metabolik aktivitelerde deri ve iç bölme sýcaklýklarýnýn deðiþimi verilmiþ ancak çevresel parametrelerin, insan fizyolojisine ve ýsýl konfor þartlarýna etkileri araþtýrýlmamýþtýr. Isýl konfor için iç ortamlarda olmasý gereken sýcaklýktan daha çok bu þartlarýn nasýl oluþturulacaðý üzerinde durmuþtur (11). Ýncelenen mekanýn farklý koordinatlarýnda hava hýzý ve sýcaklýk daðýlýmýný ve bunun ýsýl duyum üzerindeki etkisi verilmiþtir. Toftum ve Fanger (14) ve Fountain ve ark. (15) baðýl nemin ýsýl konfor þartlarý üzerindeki etkilerini incelemiþlerdir. Farklý sýcaklýklarda ortamdaki baðýl nem oranýna baðlý olarak izafi deri ýslaklýðýnýn deðiþimini ve deri ýslaklýðý ile memnun olmayanlarýn oraný (PPD) arasýndaki iliþkiyi vermiþtir (14). Ayrýca hava kalitesini algýlamada solunan hava sýcaklýðýnýn ve neminin önemini vurgulayarak sýnýr deðerleri vermiþtir. 20 C sýcaklýk, %60 baðýl nemden 26 C sýcaklýk, %90 baðýl nem þartlarýna kadar 0,5 clo ve 0,9 clo iki giysi yalýtým deðeri, 1,2, 1,6 ve 4 met aktivite deðerlerinde ýsýl konfor þartlarýný incelemiþtir (15). 1,6 met ve üzeri aktivite deðerleri için, verilen þartlarda PPD deðerinin %25'in altýna indirebilecek pratik bir baðýl nem deðerinin olmadýðý sonucuna varmýþlardýr. Ýnsan vücudu ile çevre arasýnda sürekli bir ýsýl etkileþim söz konusudur. Çevre þartlarýnýn deðiþmesi sonucu vücut, fizyolojik kontrol mekanizmalarýný (vazokonstriksiyon, vazodilasyon, titreme, terleme) devreye sokarak çevre ile ýsý dengesi kurmaya çalýþýr. Ancak vücudun üretmiþ olduðu ýsýyla çevreye olan kayýplarýn birbirine eþit olmasý, ýsýl konforun saðlanmasý için yeterli olmamaktadýr (3). Sürekli rejim enerji dengesi modelinde, ýsýl konfor için gerekli deri sýcaklýðý (t sk,req ), terlemeyle olan ýsý kaybý (E sk,req ) deðerleri verilmektedir. Bu çalýþmada, gerekli deri sýcaklýðý ve terlemeyle olan ýsý kaybý deðerlerinden hareketle, anlýk enerji dengesi modelinde kullanýlan vücut iç bölme sýcaklýðý bulunmuþtur. Vücut üzerindeki ýsýl yükün yaklaþýk sýfýr olmasý gereði baz alýnarak, ýsýl konforu etkileyen parametreler belirlenmeye çalýþýlmýþtýr. Farklý aktivitelerde ýsýl konforun saðlanmasý için gerekli ortam sýcaklýðý, nem deðeri, hava hýzý ve kiþinin giysi yalýtým dirençleri verilmiþtir.

3 n j q c k d e f Z p k h c W S b W R ½½ ¾¾ Ö Ö Ö Isýl Konfor Ýçin Gerekli Vücut Sýcaklýklarý ve Ortam Þartlarý MATEMATÝKSEL MODEL Sürekli rejim enerji dengesi modeli Fanger tarafýndan geliþtirilen sürekli rejim modelleri, vücudun ýsýl dengede olduðunu ve enerji depolamasýnýn ihmal edilebileceðini kabul eder. Sürekli rejimde vücutta üretilen ýsýl enerji, çevreye olan duyulur ve gizli ýsý kayýplarýna eþittir. Dolayýsýyla vücut sýcaklýðý zamana göre deðiþmez. Vücudun enerji dengesi 1 numaralý denklem ile tanýmlanabilir (1,3), A? : ; <=: N HI O J O K D E LMHI O FGD O K FGD L [1] burada M, vücudun metabolik enerji üretimi; W, yapýlan dýþ iþ olup bir çok iþ için sýfýrdýr; Q sk, giyinik vücuttan olan toplam ýsý kaybý; Q res, solunum yoluyla olan duyulur ve gizli ýsý kayýplarýný göstermektedir. Vücuttan olan duyulur ýsý (taþýným ve ýþýným) kayýplarý aþaðýda verilen eþitlikten hesaplanabilir, XY[Z1\ P Q ] ST X^ ^_\a` UVST c [2] burada, t sk, deri sýcaklýðý; R cl, giysinin ýsýl direnci; f cl, giysi alan faktörüdür. Ortalama ýþýným ve çevre havasý sýcaklýklarýný içine alan operatif sýcaklýk (t o ) deðeri ve giysi alan faktörü aþaðýda verilen eþitliklerden bulunabilir (1), ml gf n kol h_i n p [3] y z r s t1uvẗ s wxy z xy z {vẗ s 1} ~ r s ta uvẗ sr xy z xy z ƒvẗ s 1} ~ burada h c ve h r sýrasýyla ýsý taþýným ve ýþýným katsayýsý, t a ve t r sýrasýyla ortam ve ortalama ýþýným sýcaklýklarýdýr. Isý taþýným ve ýþýným katsayýlarý ise (1,3), œ ˆ Š1 Œ Ž 1Œ ˆ Š1 Œ Ž 1Œ a * ˆ 1 š ˆ š ˆ Š1 Œ Ž 1Œ až* ˆ 1 š Ÿ ¹»º ¼ V ª ª ± ² ³ µ À [6] eþitliklerinden bulunabilir. Burada, Á, giysi veya vücut yüzeyinin ortalama yayma katsayýsý; Â, Stefan-Boltzman sabiti; A r, vücudun etkin ýþýným alaný; A b, vücut yüzey alaný; t cl, ortalama giysi yüzey sýcaklýðýdýr. à normal koþullarda (özel yansýtýcý malzemeler veya yüksek sýcaklýklar söz konusu deðilse) 0,95, (A r / A b ) oraný ayakta duran bir kiþi için 0,73 alýnmasý tavsiye edilmektedir (1). Ortalama giysi yüzey sýcaklýðý ise, Ä Ø Å Æ Ç ÈVÉ Ç É Ê È Æ Ë Ì Þ Þ Í_Î Ï Þ Ø ÐË Ì Þ ÍgÎÑÅ Ç É Æ1ÐÆ Ç È ÅÒÉ Ç É É È ËÌ Þ Þ Þ Í ÎÑÓÕÔ Þ Þ É Ç ÙaÊ1ÐË Ì Þ Í_ÎÑÆ Ú ÇÛ Æ ÔMÉ Ç ÉaÛ È Å Ì*ËÆ Ç Ú ÈÜÓÑÎÑÉ Ç É ÉaÛÙ Ì*ËÅ ÙVÄ_Î Ô Þ Þ Þ Þ Þ [7] þeklinde tanýmlanmaktadýr. Solunum yoluyla olan duyulur ve gizli ýsý kayýplarý ise;

4 ó ò ˆ d Ž 330 ß èéê à èé ê ëaì íîéï á â á ãä ägåæ ç í þÿ õ þÿ ö ö øúù ÿ ù ûúüý G.Ü.-Fen Bil. Derg.,16(2): , 2003 / Ömer KAYNAKLI, Recep KARADENÝZ [8] [9] ifadeleriyle bulunabilir. Burada m res, solunum debisi; t ex ve W ex sýrasýyla solunumla dýþarý atýlan havanýn sýcaklýðý ve özgül nemidir. [10] #%$ ' ( & ( "! & [11] *+*,--*+****./ *+, ) 3 [12] Vücut ile çevre arasýnda kurulan ýsý dengesi yani vücutta üretilen ýsý ile çevreye olan ýsý kayýplarýnýn birbirini dengelemesi ýsýl konfor için yeterli deðildir. Çünkü vücudun ýsý dengesinin saðlanabileceði çok geniþ çevre þartlarý vardýr. Bu geniþ çevre þartlarýndan dar bir bölgede ýsýl konfor saðlanabilmektedir. Belirli bir metabolik ýsý üretiminde ýsýl konforu saðlayan vücudun deri bölmesi sýcaklýðý ve terleme ile oluþan ýsý kaybý miktarý aþaðýda verilen amprik baðýntýlarla bulunabilmektedir (1), D%E 9 FGHJI 789:;9;<:8>=@? K K ACB [13] MN OQPRSUT V WXNZY W[ \^]%_ N \^` ajb c c [14] Anlýk enerji dengesi modeli Gagge ve arkadaþlarý tarafýndan geliþtirilen model, insan vücudunu iç içe iki silindir olarak ele alýr. Ýç silindir vücudun içini (iskelet, kaslar, iç organlar) dýþ silindir ise deri tabakasýný simgelemektedir. Bu iki tabaka arasýnda direkt temasla ve kan akýþý yoluyla ýsý geçiþi söz konusudur ve bu ýsý geçiþi vücudun denetim mekanizmalarýyla kontrol edilmektedir. Denetim mekanizmalarý, denetim sinyalleriyle devreye girerek vücudun normal sýcaklýðýný korur. Bu iþlemler beþ sinyalle tetiklenir ve sinyaller sadece artý deðerler alacak biçimde, gerçek sýcaklýk (t) ile nötr sýcaklýk (t n ) arasýndaki fark olarak tanýmlanýr, lnmopqfg r j k j k j k ezfghiezfg ezfg siezfg ezfgtiezfg u vwyx ƒ { zz{ } ~y>z { zz{ zz{ }~ zz{ iz { }~ Š Œy C " q yš ^ y i U Z y Z yœ Z žÿy Z > Z Z ï Z Z qª«y Z ī Z ±²y³

5 s ä b t Þâ r r u Z? X ^ ` ßã a _ Isýl Konfor Ýçin Gerekli Vücut Sýcaklýklarý ve Ortam Þartlarý 331 ºn»¼ ½q y¾ ¹ ¹ ¹ µz y iµz Z µ >µ µz yàiµz Z Á ÂÃyÄ Ýç vücut ve deri tabakasý arasýndaki kan dolaþýmý, sýcaklýk denetim sinyalleri cinsinden matematiksel olarak 20 numaralý denklem yardýmýyla ifade edilebilir. ÚÛ à ÆZÇyÈ ÉËÊÌÌÍnÎÏ Ð á Ø Ù Ñ ÒyÆ ÓÔÌyÈ á ÕyÖqÎÏ Ð Ü Ý Ñ ÒyÉÇÌÌ Kan debisindeki deðiþmeler, deri ve iç vücut bölmelerinin göreceli kütlelerini etkilemektedir. Bu etki; õ åyæ åçyèéêåyæ ö ëçì>í îïðåå>ñ óô ö åyæ ìyé ìò baðýntýsý ile verilmektedir (1,3). Ýnsan vücudunun ortalama sýcaklýðý, deri ve iç vücut sýcaklýklarýnýn aðýrlýklý ortalamasý alýnarak, ø ÿ ù ø úzû ü ù ø [22] hesaplanýr. Deriden buharlaþma ile olan toplam ýsý kaybý, vücudun salgýlamýþ olduðu terin buharlaþmasý ve terin deriden doðal difüzyonu ile gerçekleþir. [23] Terleme sonucu olan buharlaþma ile ýsý kaybý (E rsw ) üretilen ter ile doðru orantýlýdýr. Maksimum buharlaþma potansiyelini gösteren E max, derinin tamamýnýn ýslak olmasý (w = 1) durumunda gerçekleþir. 0! 1! "$# 2 %&"('*),+ -/. [24] 45 : ; < =/> [25] Üretilen ter miktarý, hem iç vücut hem de deriden gelen ýlýk sinyallerle orantýlýdýr. [20] [21] USV W [ ACBDFË GH E IKJFL MNEO PFQRIKJFLSM \ TSGHFBD ] V Y [26] Toplam deri ýslaklýðý olan w, terin buharlaþmasý için gerekli olan deri ýslaklýðý (w rsw ) ile doðal difüzyonu için gerekli olan deri ýslaklýðýnýn (w dif ) toplamýdýr. i j i de k i f gh [27] Buradaki w rsw ve w dif aþaðýda verilen denklemlerle bulunabilir, l m n mn } w x y ~F~F ƒ} z { [29] Terin deriden doðal difüzyonu ile olan ýsý kaybý, Œ Ž Œ Š [30] Giysinin buharlaþmayla olan ýsý geçiþine göstermiþ olduðu direnç (1,9), š œ [31] ifadesiyle hesaplanabilir. Burada i cl, giysinin buhar geçirgenlik verimi; LR, Lewis oranýdýr. Ýç ortamlarda [28]

6 332 G.Ü.-Fen Bil. Derg.,16(2): , 2003 / Ömer KAYNAKLI, Recep KARADENÝZ genelde kullanýlan giysiler için i cl = 0,34 deðeri ortalama bir deðer olarak önerilmektedir (9). Lewis oraný, buharlaþma ile ýsý geçiþ katsayýsýnýn (h e ) taþýnýmla ýsý geçiþ katsayýsýna (h c ) oranýdýr. Aþaðýda verilen denklem yardýmýyla bulunduktan sonra he deðerini hesaplamak için kullanýlýr (5). š F «F F F ª F F F [32] Buraya kadar verilen denklemler yardýmýyla vücuttan çevreye olan toplam ýsý kayýplarý (deriden taþýným, ýþýným, buharlaþma kayýplarý ve solunumla olan duyulur ve gizli ýsý kayýplarý) bulunabilmektedir. Sürekli rejim enerji dengesi kýsmýnda verilen konfor için gerekli deri sýcaklýðý ve terleme nedeni ile gerçekleþen ýsý kaybý deðerlerinden hareketle vücudun iç bölme sýcaklýðý bulunabilir. Daha sonra, vücudun enerji dengesini gösteren 1 numaralý denklem yardýmýyla vücut üzerindeki ýsýl yükün yaklaþýk sýfýr olmasý için konforu optimize eden, insan ve çevre ile ilgili temel parametrelerin (giysi, aktivite, ortam sýcaklýðý, nemi, hava hýzý, ortalama ýþýným sýcaklýðý) deðiþimi bulunabilmektedir. 3. SÝMÜLASYON Matematiksel Model kýsmýnda verilen baðýntýlar Delphi 6.0 programlama diliyle bilgisayar ortamýna aktarýlmýþtýr. Programýn akýþ þemasý Þekil 1'de verilmiþtir. Program ýsýl konfor þartlarýný etkileyen çevresel ve kiþisel parametrelerden herhangi birinin kolaylýkla deðiþtirilebilmesi için esnek yazýlmýþtýr. Þekil 1'de verilen program akýþ þemasýnda bu parametrelerden ortam sýcaklýðý (t a ) örnek alýnarak simülasyonun adýmlarý gösterilmiþtir. Program temel olarak iki kýsýmdan oluþmaktadýr. Birinci kýsýmda, kiþinin aktivite düzeyi (M act ), giysi durumu (R cl ), giysinin buhar geçirgenlik verimi (i cl ), vücut yüzey alaný (A b ) vb. baþlangýç ve kabul deðerleri girilmekte ve program bu deðerlerden hareketle terlemeyle olan ýsý kaybý (E rsw ) deðerini hesaplamaktadýr. Daha sonra konfor için gerekli olan ve simülasyon sonucu bulunan terleme kayýplarý karþýlaþtýrýlmaktadýr. Eðer E rsw,r eq <E rsw ise t cr sýcaklýðý artýrýlarak, E rsw,req >E rsw ise t cr sýcaklýðý azaltýlarak simülasyonun baþýna dönülmektedir. Dolayýsýyla programýn bu kýsmýnda, belirli bir metabolik aktiviteye sahip bir insanýn, konfor için gerekli t sk ve E rsw deðerlerini veren t cr sýcaklýðý bulunmaktadýr. Þekil 1. Programýn akýþ þemasý

7 Isýl Konfor Ýçin Gerekli Vücut Sýcaklýklarý ve Ortam Þartlarý 333 Programýn ikinci kýsmýnda ise baþlangýçta girilen ve daha sonra hesaplanan deðerler kullanýlarak ortamýn su buharý basýncý, özgül nemi, ortalama giysi yüzey sýcaklýðý, taþýným ve ýþýnýmla olan ýsý geçiþ katsayýlarý, vücuttan olan duyulur, gizli ve solunum kayýplarý bulunmakta ve enerji dengesini veren 1 numaralý baðýntýda yerine konmaktadýr. Vücutta metabolik aktivitelerle üretilen ýsý, vücuttan çevreye olan toplam ýsý kayýplarýndan büyük ise t a sýcaklýðý azaltýlarak, küçük ise artýrýlarak ýsý dengesi saðlanýncaya kadar iterasyona devam edilmektedir. Programýn bu kýsmýnda vücut üzerindeki ýsýl yükün yaklaþýk sýfýr olmasý için gerekli t a sýcaklýðý (veya ýsýl konforu etkileyen parametrelerden herhangi birinin deðeri) bulunabilmektedir. 4. BULGULAR ve DEÐERLENDÝRME Aþaðýda verilen þekillerde aksi belirtilmediði sürece ortamýn baðýl nemi 0,5, hava hýzý 0,1 m/s, I cl = 0,5 clo (hafif, yazlýk bir giysi), ortalama ýþýným sýcaklýðý ile ortam sýcaklýðý birbirine eþit alýnmýþtýr. Þekil 2'de ýsýl konforu saðlayan vücudun iç bölme, deri tabakasý ve ortalama sýcaklýklarý verilmiþtir. Hareketlilik düzeyi attýkça vücut, ýsý kayýplarýný artýrmak için deri sýcaklýðýný düþürür. Yüksek aktivitelerde vücut iç sýcaklýðýndaki artýþ, deri sýcaklýðýndaki düþüþ ile dengelenir. Böylece ortalama vücut sýcaklýðý, iç vücut sýcaklýðý ile deri sýcaklýðý arasýndaki fark artmýþ olmasýna raðmen korunmuþ olur (1). ÍÎÏ ÌÊ ÊËÇ ÆÇÈÉ µ S³ ² F± ÐÑÒ Ð Ó Ð ÔSÕ µ F ¹ ±S ±S² ±S ±S º¼»½S¾C ÀÂÁ üÄSÅ Þekil 2. Isýl konforu saðlayan vücudun iç bölme, ortalama ve deri tabakasý sýcaklýklarýnýn aktivite ile deðiþimi Ö FØšÙ ÚÜÛÝ Þš àßšáfâcú ã Ø ä å¼æšç èƒéúsêcëkì íøšãsîsú ã ؃äSåðïFç æƒéfúsêcëüñšù ßòSÙKÞCóšô óšõüúsáôsã öþšá ØêCö SêCôÜÙSøFÙ ö Fô ØšÚ ÙðêCôSùSáõNòSãSéFáFØšÚ ã ØšÚSáôSãSç¼äSÛCëðöšóšõKáFôSáFÚ ãðøcáú ãsîsõkáfßcúsá$øáfôîsã ÚSáFîSù ã ôsõkáú ãðêcúsáfôsáføüì¼ ôsù Ú õüù îù Ù ôfú ûðó êcôsùsáõüòsãséfáføšú ã ØšÚSáFôSã öþšáüìšýéfóšù ç¼ãsòsã ÚþØêCö êcôsóàòfáÿšúsáfßšáföíù $ì íþš Fÿ ôsús FôSÙ ö KòášÙàêCÚ ÞCóšÿšó šùšùk ö Fô&ÙíÞš öšñ CòSÙ öšùüñ šòsùs Fô önïíöšóšõkáôáfú ãk FîÙ ù Ú Ù ÿcùíþš òáfÿcúsáfõüáføšùsáfþcã ôfúâáöšùsçâì éóšù ùsáö øc ìšô Fß êcúsáförã òãàñš CøFÙ îùíù ÚS ƒìšýéfóšù ù á ýšô Fù Ù ÚS örãsòsãšù ô šù ôsù öšùþš öšñ FÚS õk ØšùS CÞCÙ ôfú öòfáöšã ö áfô Ø Fù Ú Ù Ú Ù ØƒÞCýšâš FßCÙÜáôSù ù ã ØøFáCçþã òãâþš Föšñ CòSÙ öšù öøšóšôsóšú õkáfòã$ùsøfù öãsòsãâøáßšãšú áfôsã öšã ö ÞšáàáôSù õkáfòã Fô Øšù Ù ÿcù öþš FöêCôSùSáõ7òSãSéCáFØšÚ ã ÿšãâáâšáfú õkáføšù ácþcã ôfúþôsö FØêCÚSáôáFØçþÞCÙ öšú FöšõK íþcóšôsóšõâóšöþšáíä å šæ õ ëüì ác Ù ÜñCÙSßšòSÙ Ú ÙšÙ ôüøšù îùâùsøù ö ãsòsã ÚÂØêCö SêCôKîáôSù ÚSáôSã öšã öƒòáfÿšú áföþcã ÿšãüêcôsùsáõ òsãsécáøšú ã ÿcã šèšç è"!#íù Ø FöÜêCôSùSá$áFØšù Ù ìšù ùs Ú Ù¼äSåðïšæ õ ëšù ô¼øšùsîùù øfù öíï$šç!#$ý ÞCã ôfú"%$áá áfú ã öüñšù ßšòÙñšÙ ß ö šù ôâøšù îùþùsøù öàùsò šóƒþš ÿ FôSÚS ôšù ôáfâíþšáákþcýîýšøšù ýšôcú'&ðýšöšøšýçþáfßšöšãâøf Fìšô KîFáôSù ÚSáFôSã öþšákñšù ßšòÙ áfú ã öšú ã ÿšãþáôsù ù ã ØøCá$ìšýéFóšù ùsáfö êcú áfökþcóßcóšú óšôðì ÂñšÙ âcú Ù¼ãSòSã¼ØáFßCãšÚSáFôSãðáFâCáFÚ õüáføšùsáfþcã ôfúûðókþcóšôsóšõkþšá šýéfóšùšù ÚS þøc ìšôf þáfôáfòã öþšáføšùãsòsã¼þš öšñ CòSÙ¼Þšá(¼áþÞCýîSýšØÜêCôSùSáFõ òã écáføšú ã ØšÚSáôSã öþšáþòfáfÿšú áföšõkáøšùsáfþcã ôfú Þekil 4'de baðýl nemin, vücut ile çevre arasýnda kurulan ýsý dengesi üzerindeki etkisi görülmektedir. Ortamýn baðýl nemi arttýkça, deriden buharlaþma yoluyla olan ýsý kaybý için gerekli deri yüzeyi ile ortam arasýndaki su buharýnýn kýsmi basýnç farký azalmaktadýr. Bu basýnç farkýnýn azalmasýyla deriden buharlaþma yoluyla olan ýsý kaybý da azalmaktadýr. Bu nedenle, ýsý dengesi için duyulur ýsý kayýplarýnýn

8 ) 334 G.Ü.-Fen Bil. Derg.,16(2): , 2003 / Ömer KAYNAKLI, Recep KARADENÝZ artmasý gerektiðinden daha düþük ortam sýcaklýklarýna ihtiyaç duyulmaktadýr. Baðýl nemin etkisi Þekil 5'de daha detaylý olarak görülmektedir. Þekil 5 incelendiðinde, sabit aktivite eðrilerinin biraz sola yattýðý yani nem oraný arttýkça ortam sýcaklýðýn azaltýlmasý gerektiði burada da görülmektedir. Literatürde, baðýl nemde her %10'luk azalma için sýcaklýðýn yaklaþýk 0,3 o C artýrýlmasý gerektiði söylenmektedir (16). Ancak þu husus göz ardý edilmemelidir. Yapýlan bu çalýþmada, insan vücudu ile çevre arasýnda kurulacak ýsý dengesi referans alýnmýþtýr. Yani, %100 baðýl neme sahip bir ortamda yaklaþýk 24,6 o C sýcaklýðýnda vücut ile çevre arasýnda ýsý dengesi kurulduðundan bu analiz yöntemi için bir sorun oluþturmamaktadýr. Yapýlan yeni araþtýrmalar, solunan havanýn sýcaklýk ve neminin, konfor algýsýný çok büyük oranda etkilediðini ortaya koymuþtur. Ýnsanlar kuru ve serin havayý tercih etmektedirler (12). Genel olarak, bir mahaldeki nem oranýnýn alt ve üst limit deðerleri olarak %25-30 ile %60-70 verilmektedir (1,14,15). Bu nedenle baðýl nem için verilen limit deðerlerin alt ve üst bölgelerinde ýsý dengesi saðlansa da bu bölgeler, konfor bölgesi olarak nitelendirilmemelidir. -+ L1M N O P Q R S O"T U(V W X P Y Z L1M\ ] ^ O(V [_(_(`"T U(V W X(P Y Z L1M N O P Q R S O"T[ V U X P Y Z L1M\ ] ^ O(V [_(_(` T [ V U X(P Y Z I J H K G C = >,),+ *() *(+.+ /) 0+ *(+) *(,1+ *(-) *() ;: < Þekil 3. Farklý giysi yalýtýmý için gerekli ortam sýcaklýðýnýn aktivite ile deðiþimi ~ } y { y v zyx s u t vw fd fc fb f1a a(e a(d a(c a(b "ƒ 1 ( 1ˆ Š "Œ "ƒ 1 ˆ Š; 1Œ Ž gh dc eh a(h1c afh a(bc a(ch ijk(l1m nö pq r Þekil 4. Farklý baðýl nemde gerekli ortam sýcaklýðýnýn aktivite ile deðiþimi

9 ³ ³ ³ ¾ Isýl Konfor Ýçin Gerekli Vücut Sýcaklýklarý ve Ortam Þartlarý 335 " «ª Ÿ " ( " ; ± ² " " ( ± ² 1 ( ; ± ² 1 " " µ( ( ( ¹ º(» ±¼( ½ ( ( ( (š ' œ "ž ( ½ (½ ( (½ (½ Þekil 5. Farklý baðýl nemde ve aktivitede gerekli ortam sýcaklýklarý Þekil 6'da vücut üzerindeki ortalama hava hýzýnýn etkisi verilmiþtir. Hava hýzý arttýkça taþýným ve buharlaþma katsayýlarý artmaktadýr. Bu, vücuttan çevreye olan duyulur ve gizli ýsý kayýplarýnýn artmasýna neden olur. Isýl konforun ve ýsý dengesinin saðlanmasý için ýsý geçiþinin azaltýlmasý gerekir. Bu nedenle hava hýzý arttýkça ortam sýcaklýðý artýrýlmalýdýr. ÃÇ âãä1ä À'ÐÏ å âãä1ä ÈÐÏ å ßà Þ á Ý Ù ÛÜÙ Ö ÚÙØ Õ Ö Ó Ô ÃÆ ÃÅ ÃÄ À( À Á ÆÄ ÂÈ ÇÄ À(ÄÈ À(ÃÄ À(ÅÈ À(ÈÄ ÉÊË Ì"Í ÎÏ Ð;Ñ Ò Þekil 6. Farklý hava hýzýnda gerekli ortam sýcaklýðýnýn aktivite ile deðiþimi 5. SONUÇ Bu çalýþmada, insanýn yapmýþ olduðu aktivitelerde, ýsýl konforu saðlayan deri tabakasý sýcaklýðý ve terlemeyle olan ýsý kaybý baðýntýlarýndan yola çýkarak vücudun iç bölme ve ortalama sýcaklýklarý tespit edilmiþtir. Isýl konforu saðlayan t sk, E rsw ve t cr deðerleri, deriden duyulur ýsý geçiþini (C+R) veren 2 nolu ve gizli ýsý kayýplarýný (E sk ) veren 23 nolu denklemlerde yerlerine konularak, vücut ile çevre arasýndaki enerji dengesini gösteren 1 nolu denklem, sürekli rejimde konforu optimize eden insan ve çevre ile ilgili parametreleri belirlemek için kullanýlmýþtýr. Çalýþma sonunda varýlan sonuçlar özetle þunlardýr: Aktivite arttýkça ýsýl konforun saðlandýðý vücut deri tabakasý sýcaklýðý düþerken iç bölme ve ortalama sýcaklýðý az da olsa artmaktadýr.

10 z 336 G.Ü.-Fen Bil. Derg.,16(2): , 2003 / Ömer KAYNAKLI, Recep KARADENÝZ Aktivite veya giysi yalýtýmý arttýkça ýsýl konforun saðlandýðý ortam sýcaklýðý azalmaktadýr. Aktivitenin artmasý durumunda vücudun ürettiði ýsý fazlalaþtýðýndan, giysi yalýtýmýnýn artmasý durumunda ise üretilen ýsý kolayca çevreye atýlamadýðýnda ortam sýcaklýðýnýn azaltýlmasý gerekmektedir. Ortamýn baðýl nemi arttýkça, deri yüzeyi ile ortam arasýndaki su buharý kýsmi basýnç farký azalmakta ve bu azalma sonucu deriden buharlaþma ile ýsý kaybý rahat olamamaktadýr. Bu nedenle baðýl nem arttýkça ýsýl konfor, ýsý kayýplarýnýn arttýðý daha düþük ortam sýcaklýklarýnda saðlanmaktadýr. Ýnsanlar, baðýl nemi yüksek olan ortamlarda kendilerini konforlu hissedebilmeleri için yalýtým direnci düþük giysiler giymelidir. Ancak ýsý dengesi açýsýndan baðýl nem, ortam sýcaklýðý kadar etkili deðildir. Örnek olarak, 25,5 o C ortam sýcaklýðýnda ve düþük aktivitede ( 60 W/m 2 ), baðýl nem 0,5'den 0,8'e çýkmasý durumunda konfor þartlarýnýn bozulmamasý için giysi yalýtýmý 0,5 clo'dan 0,42 clo deðerine indirilmesi gerekirken ortam sýcaklýðýnýn 1 derece artmasý giysi yalýtýmýný 0,5 clo'dan 0,37 clo deðerine indirilmesini gerektirmektedir. Hava hýzýnýn artmasý ýsý kayýplarýný artýrmaktadýr. Yüksek hava hýzlarýnýn olduðu ortamlarda insanlarýn rahat ve konforlu hissedebilmeleri için ortam sýcaklýðý biraz daha yüksek olmalýdýr. Dinlenme durumunda ve hava hýzýnýn 0,1 m/s olduðu bir ortamda bulunan bir kiþi 25,5 o C ortam sýcaklýðýnda konforlu iken hava hýzý 0,5 m/s olmasý durumunda 27,8 o C ortam sýcaklýðýnda konforlu olmaktadýr. 6. SÝMGELER ç è(é;ê"ë(ì1í1î1ê1ï1ð(îñò ñ(ó"ô õö ë(ø ùú è(ûñ(ü"ñ(ó"ô óýïþ1ê"ò1ôÿ ô ÿ(ô õ þ ë(ø ùç è(é;ê"ë(ì ì1óýïþ1ê"ò1ôÿ ô ÿ(ô õ þ è 1ò ì1ó1ì1öó"ð 1ð(ó î"ò ð ì1î1ì"ò ì 'ô ÿ ô "ñ(î "ô õ ö èð 1ð(óí "ò ñ(ö ì1î1ì"ò ì 'ô ÿ ô "ñ î "ôõ ö!#" è(é;ê"ë(ì ì1ó$ %"ý1ò öð(ÿ ó 1ð(ó;þ"ðò ð(óÿ &1ì ÿ ó1î"ñ(ò! ' èð 1ð(óþ"ð(ò ð(óÿ &1ì ÿ ó1î"ñò )*+ / ú0 è1ñ "ÿ öì1ö1ì 2"ñ(ò ñ 3öñ(î"ò ñ1ò ñ(óôÿ ô "ñ î "ô õ 4 ö è 1ò ì1ó1ì1öó"ð 1ð(ó î"ò ð'þ ï1ò1ô ÿ(ô "ñ î "ô õ 4 ö 5 5 ù6 ' è,'ð ó- ð 1ð ó- &1ñò.ê1ïî ó1ì1î"ò ñ1ò ñ(óôÿ ô "ñ(î "ôõ ö èð 1ð(óíð ó#1ì 2"ñ ò ñ 3 öñÿ(ô î"ò ñ1ò ñ(óô ÿ ô "ñ(î "ôõ ö è ÿ(ô ò ó. ìÿ ñ&"ò ñ(î"ñ(ó$ 1ð 1ð(óíð ó#1ì 2"ñ ò ñ 3 öñÿ(ô î"ò ñ'þ"ð ð "ò"ô ÿ ô "ñ(î "ôõ 4 ö èð 1ð(óí "ò ñ(öþ ïò 1ôÿ ô 1ñ(î "ô õ 4 ö "7 è!# î"ÿ"ñ(ò ñ(ó#.(ñí ý ê"õ î1ì1íÿì1ï " è,'ñ 3 ô ó"ô ö8 ò ðô ÿ(ô1þ1ð % 3 "ñ(íÿ ñ(î"ô ÿ ôõ ö è9ì 2"ñ ò ñ 3öñ# ò ðô ÿ(ôþ"ð % 3 "ñ í ÿ ñ(î"ô ÿ(ô õ ö : ñ è3(ô ó"ô ö8 ò ðô ÿ(ô1þ"ð% 3 "ñ(íÿ(ñ î"ô ÿ(ô õ 4 ö +; è "ì1îì1ó$1ì 2"ñ ò ñ 3öñ'þ ï1ò"ô ÿ(ô ÿ ôõ 1þ "7 è!# î"ÿ ó óô ÿ ô1î"ñ(ò ô íô ö (ð(ó1ë õ1ëò-< =ëò#>@?1õ= A B C#Dö $E GF è!# î"ÿ ó ó$1ì 21ñ þ"ð % þ"ð ó"òü"ð ö- õ î1ì1íÿ ì1ï "7 è H(ñ ó"ò ñ(öñÿ(ñ í õ 1þI ö è J ðlkm ÿ ñ(ó"ô D2 2 " E õ N : ñ Q R O P STUV W XY Z[\]#^ ]_[ Z `a `b `cd `_`cde ^ `b [ b `e$^ f \` gdh-di b j kc l h$m r s npoq S tf \Y e Y h^ ]a [c[ i b j k c lh-m S vf w \`hxh-]z `a f \[b$dcd W _]Z [h$[ i yk h$m z { S }b Z [V [Z][\]j ]_U ]b \]g]e#h-]z `a f \[b$d cd W _]Z [h-[i y4kh-m S ~]V _]f _Z `h$d [U [e$cy a Y `_d a `cde X di b ` ƒ SZ cdx `b \ d de ^ `^ f h#y g `V ` ^ `cy a Y `_d a ` cde Xd i b ` S $]_[^ ]e$z f w \`hdcd b ` a di y4kh-m

11 Ç ÆÅ Ô ž ž Isýl Konfor Ýçin Gerekli Vücut Sýcaklýklarý ve Ortam Þartlarý ˆ Š Œ Ž - Ž 8 š œ ž Œ - Ž $ #Ž š Ž Ÿ Œ4 $ $Ž $ $ ª š Ž # Œ # - ª -ž±²#³ œ #Š Œ # $š µ - ª -ž± Ÿ ³ œ Œ ¹º» Œ - ¼ ¹º Œ½¾¼ ¹º Š Œ $ µ Ž # ¼ - ¹º À ŒÁ$ ¹º à Œ Ä ¹º Œ - µ ¹º È Œ $ š ¹º È ŠÉ ŒÊ Ž ÄŽ $ $ª š ¹º Œ $ š Ž ÌÍÎ Œ -ª Ž ª Ä Ž $ ¾ $Ï ª š Ž Ð Œ #š µ - ¾ $ª $ $Ž - Ï # - š Ž ŒÑ$ $ª µ µ œ4 -ž 4 Œ Ò ¼ ¼ # $ $ - Ï Ó 4 Ï$ # ¼ xš Œ $ µ Ž # ¼ $ $ # - Ï Ó Ï# # ¼ x Ê» Œ # $Ï $ $ x Ê # Œ # ª - ¾š  - ª $Ï $ - x Ê # ÈŒ $ ª $Ï - $ Œ # ª $ Ž x $ª š  - ª š # - š Ž Õ $ ÖŒ4 š Ž # # Ø Ù Õ Ø#œ4 $ž³ 337 KAYNAKLAR 1. ASHRAE handbook - Fundamentals, Atlanta: American Society of Heating, Refrigeration and Air- Conditioning Engineers., (8):34 (1989). 2. Yiðit, A., "The Computer-based human thermal model" Int. Comm. Heat Mass Transfer, 25(7): (1998). 3. Butera, F.M., "Chapter 3- principles of thermal comfort" Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2: (1998). 4. Özdemir, H., Melek, D., Kaykayoðlu, C.R., "Yolcu otobüslerinde seyir halinde kabin içi sýcaklýk daðýlýmýn bilgisayar destekli analizi" ÝTÜ Makine Mühendisliði Kongresi, 4-7 Haziran, (1997). 5. Burch, S.D., Ramadhyani, S. and Pearson, J.T., "Analysis of passenger thermal comfort in an automobile under severe winter conditioning" ASHRAE Transactions, 97 (1991). 6. Höppe, P., Martinac, I., "Indoor climate and air quality" Int. J. Biometeorol, 42: 1-7 (1998). 7. Horuz, Ý., ve Yiðit, A., "Isýl konfor modellerinin incelenmesi ve karþýlaþtýrýlmasý" 10. Ulusal Isý Bilimi ve Tekniði Kongresi, (1995). 8. de Dear, R.J., Knudsen, H.N. and Fanger, P.O., "Impact of air humidity on thermal comfort during stepchanges" ASHRAE Transactions, 95(2): (1989). 9. McCullough, E.A., Jones, B.W. and Tamura, T., "A data base for determining the evaporative resistance of clothing" ASHRAE Transactions, 95(2): (1989). 10. Semiz, B.D., Ýnsan snatomisi ve fizyolojisi, Marmara Üniversitesi, 476: 207 (1990). 11. Cho, S.H., Kim, W.T. and Zaheer-uddin, M., "Thermal characteristics of a personal environment module task air conditioning system: an experimental study" Energy Conversion and Management, 42: (2001). 12. Fanger, P.O., "Human requirements in future air-conditioning environments" International Journal of Refrigeration, 24: (2001). 13. Tamer, Þ., Klima ve Havalandýrma, Cilt I, 2. Baský, Meteksan Baský, Ankara, 193: 220 (1990).

12 338 G.Ü.-Fen Bil. Derg.,16(2): , 2003 / Ömer KAYNAKLI, Recep KARADENÝZ 14. Toftum, J. and Fanger, P.O., "Air humidity requirements for human comfort" ASHRAE Transactions, 99 (1999). 15. Fountain, M.E, Arens, E.A., Tengfang, X., Bauman, F.S. and Oguru, M., "An investigation of thermal comfort at high humidities" ASHRAE Transactions, 94 (1999). 16. Nevins, R., Rohles, F., Springer, W. and Feyerherm, A., "Temperature Humidity chart for thermal comfort of seated persons" ASHRAE Transactions, 72: (1966). Geliþ Tarihi: Kabul Tarihi: