17-08-2020, 08:45 PM
در دو رابطه بالا، نرخ ورود هوا به ریه‌ها با ˙mair, lungs نشان داده شده و واحد سنجش آن نیز kg/s است. Cp,air ظرفیت گرمایی ویژههوا را نشان داده و مقدار آن 1.0kJ/kg.∘C است. همچنین w
نیز به نسبت رطوبت اشاره دارد و به صورت جرم رطوبت در واحد جرم هوای خشک اندازه‌گیری می‌شود.
نرخ ورود هوا به ریه‌ها مستقیماً با نرخ متابولیک ˙Qmet
متناسب است. نرخ افت حرارت خالص از ریه‌ها در حین تنفس به صورت زیر تعریف می‌شود.
˙Qconv + latent, lungs=0.0014˙Qmet(34−Tambient) +0.0173˙Qmet(5.87−Pv,ambient)
در رابطه بالا، فشار بخار هوای محیط، با نماد Pv,ambient
و واحد اندازه‌گیری kPa وارد می‌شود. درصدی که گرمای محسوس به خود اختصاص می‌دهد، از حدود 40 درصد در کار سنگین تا 70
درصد در کار سبک متغیر است. بقیه انرژی به شکل گرمای نهان و از طریق تعریق بدن خارج می‌شود.
مثال: تأثیر لباس روی انتقال حرارت بدن انسان
سؤال: می‌دانیم انسان در حالتی که دمای پوستش در حدود 33∘C
باشد، احساس آسایش می‌کند. فرد متوسطی با مساحت 1.8m2 را در نظر بگیرید که لباس تابستانی با مقاومت گرمایی 0.6clo به تن کرده باشد. ایستادن در اتاقی با دمای 22∘C برای این فرد، احساس آسایش به همراه دارد. از جریان هوا در اتاق صرف نظر کرده و دمای سطوح نزدیک به فرد را برابر با دمای اتاق فرض کنید. به منظور فراهم بودن آسایش حرارتی برای این فرد در حالت بدون لباس، دمای اتاق باید روی چه عددی تنظیم شود؟ (هنگامی که سرعت هوا پایین باشد، ضریب انتقال حرارت جابجایی را برای فردی که ایستاده، برابر با 4.0W/m2.∘C و ضریب انتقال حرارت تشعشعی را 4.7W/m2.∘C
فرض کنید.)
![[تصویر: Thermal-Comfort.jpg]](https://blog.faradars.org/wp-content/uploads/2019/04/Thermal-Comfort.jpg)
پاسخ: شرایط مسأله را پایدار و ضرایب انتقال حرارت را ثابت فرض می‌کنیم. انتقال حرارت بدن فرد به دو شکل محسوس و نهان اتفاق می‌افتد. گرمای محسوس شامل انتقال حرارت بدن از طریق جابجایی و تشعشع است. ضریب انتقال حرارت سطحی را می‌توان به صورت زیر و برابر با مجموع ضرایب انتقال حرارت جابجایی و تشعشعی تعریف کرد.
hcombined=hconv+hrad=4.0+4.7 ⇒ hcombined=8.7W/m2.∘C
برای تبدیل واحد مقاومت گرمایی لباس به شیوه زیر عمل می‌کنیم.
Rclothing=0.6clo=0.6×0.155m2.∘C/W Rclothing=0.093m2.∘C/W
افت حرارت محسوس از بدن این فرد در حالت پوشیده به صورت زیر است.
˙Qsensible, clothed=As(Tskin−Tambient)Rclothing+1hcombined =(1.8m2)(33−22)∘C0.093m2.∘C/W+18.7W/m2.∘C ⇒ ˙Qsensible, clothed=95.2W
از نظر انتقال حرارت، نپوشیدن لباس، با برداشتن عایق یا صفر شدن مقاومت Rclothing
معادل است. اکنون میتوانیم معادله انتقال حرارت بدن را در حالت بدون عایق بنویسیم.
˙Qsensible, unclothed=As(Tskin−Tambient)1hcombined=(1.8m2)(33−Tambient)∘C18.7W/m2.∘C
برای اینکه در حالت بدون لباس هم آسایش حرارتی حفظ شود، دمای پوست و فرد و نرخ انتقال حرارت از او باید ثابت باقی بماند. از این رو، معادله بالا را برابر با 95.2W
قرار می‌دهیم. در نتیجه، دمای محیط، مساوی با Tambient=26.9∘C به دست می‌آید. توجه کنید که در این سؤال برای محاسبه انتقال حرارت بدن انسان، از اثر پوشیدن یا نپوشیدن لباس روی حرارت نهان، چشم‌پوشی شده و برای سادگی حل مسأله، مساحت فرد را در هر دو حالت یکی فرض کردیم.
نیز به نسبت رطوبت اشاره دارد و به صورت جرم رطوبت در واحد جرم هوای خشک اندازه‌گیری می‌شود.
نرخ ورود هوا به ریه‌ها مستقیماً با نرخ متابولیک ˙Qmet
متناسب است. نرخ افت حرارت خالص از ریه‌ها در حین تنفس به صورت زیر تعریف می‌شود.
˙Qconv + latent, lungs=0.0014˙Qmet(34−Tambient) +0.0173˙Qmet(5.87−Pv,ambient)
در رابطه بالا، فشار بخار هوای محیط، با نماد Pv,ambient
و واحد اندازه‌گیری kPa وارد می‌شود. درصدی که گرمای محسوس به خود اختصاص می‌دهد، از حدود 40 درصد در کار سنگین تا 70
درصد در کار سبک متغیر است. بقیه انرژی به شکل گرمای نهان و از طریق تعریق بدن خارج می‌شود.
مثال: تأثیر لباس روی انتقال حرارت بدن انسان
سؤال: می‌دانیم انسان در حالتی که دمای پوستش در حدود 33∘C
باشد، احساس آسایش می‌کند. فرد متوسطی با مساحت 1.8m2 را در نظر بگیرید که لباس تابستانی با مقاومت گرمایی 0.6clo به تن کرده باشد. ایستادن در اتاقی با دمای 22∘C برای این فرد، احساس آسایش به همراه دارد. از جریان هوا در اتاق صرف نظر کرده و دمای سطوح نزدیک به فرد را برابر با دمای اتاق فرض کنید. به منظور فراهم بودن آسایش حرارتی برای این فرد در حالت بدون لباس، دمای اتاق باید روی چه عددی تنظیم شود؟ (هنگامی که سرعت هوا پایین باشد، ضریب انتقال حرارت جابجایی را برای فردی که ایستاده، برابر با 4.0W/m2.∘C و ضریب انتقال حرارت تشعشعی را 4.7W/m2.∘C
فرض کنید.)
پاسخ: شرایط مسأله را پایدار و ضرایب انتقال حرارت را ثابت فرض می‌کنیم. انتقال حرارت بدن فرد به دو شکل محسوس و نهان اتفاق می‌افتد. گرمای محسوس شامل انتقال حرارت بدن از طریق جابجایی و تشعشع است. ضریب انتقال حرارت سطحی را می‌توان به صورت زیر و برابر با مجموع ضرایب انتقال حرارت جابجایی و تشعشعی تعریف کرد.
hcombined=hconv+hrad=4.0+4.7 ⇒ hcombined=8.7W/m2.∘C
برای تبدیل واحد مقاومت گرمایی لباس به شیوه زیر عمل می‌کنیم.
Rclothing=0.6clo=0.6×0.155m2.∘C/W Rclothing=0.093m2.∘C/W
افت حرارت محسوس از بدن این فرد در حالت پوشیده به صورت زیر است.
˙Qsensible, clothed=As(Tskin−Tambient)Rclothing+1hcombined =(1.8m2)(33−22)∘C0.093m2.∘C/W+18.7W/m2.∘C ⇒ ˙Qsensible, clothed=95.2W
از نظر انتقال حرارت، نپوشیدن لباس، با برداشتن عایق یا صفر شدن مقاومت Rclothing
معادل است. اکنون میتوانیم معادله انتقال حرارت بدن را در حالت بدون عایق بنویسیم.
˙Qsensible, unclothed=As(Tskin−Tambient)1hcombined=(1.8m2)(33−Tambient)∘C18.7W/m2.∘C
برای اینکه در حالت بدون لباس هم آسایش حرارتی حفظ شود، دمای پوست و فرد و نرخ انتقال حرارت از او باید ثابت باقی بماند. از این رو، معادله بالا را برابر با 95.2W
قرار می‌دهیم. در نتیجه، دمای محیط، مساوی با Tambient=26.9∘C به دست می‌آید. توجه کنید که در این سؤال برای محاسبه انتقال حرارت بدن انسان، از اثر پوشیدن یا نپوشیدن لباس روی حرارت نهان، چشم‌پوشی شده و برای سادگی حل مسأله، مساحت فرد را در هر دو حالت یکی فرض کردیم.