فرادرسآسایش حرارتی – از صفر تا صد
برخلاف حیواناتی مانند روباه و خرس که از ابتدا با بدنی پوشیده شده از خز، متولد می‌شوند، پوشش بدن انسان در بدو تولد بسیار نازک و ناچیز به حساب می‌آید. می‌توان این‌گونه ادعا کرد که جستجو برای رسیدن به آسایش حرارتی (Thermal Comfort) به ابتدای تاریخ بشر برمی‌گردد. غارهایی که انسان‌های اولیه در آن زندگی می‌کردند، علاوه بر محافظت در برابر خطرات جانی، آنها را از سرما و گرمای شدیدی نیز مصون می‌داشت.
احتمالاً اولین سیستم گرمایش به کار گرفته شده، همان آتش در فضای باز بوده است. آتشی که بعدها به داخل منازل راه یافت و با کمک یک دودکش، از ورود دود به فضای داخل خانه جلوگیری شد. مفهوم گرمایش مرکزی، اولین بار در زمان رومی‌ها مطرح شد. در آن زمان، ساختمان‌ها در دو طبقه ساخته می‌شدند و دود و گرما از طریق دریچه‌ای که بین دو طبقه تعبیه شده بود، انتقال می‌یافت. رومی‌ها همچنین اولین قومی بودند که به استفاده از پنجره‌های شفاف ساخته شده از میکا و شیشه روی آوردند. بدین وسیله آنها قادر بودند ضمن دور نگه داشتن باد و باران، نور را به داخل ساختمان‌ها بیاورند. چوب و زغال‌سنگ، اصلی‌ترین منبع انرژی برای گرمایش بود و از نفت و شمع هم برای روشنایی استفاده می‌شد. ویرانه‌های به جا مانده از ساختمان‌های جنوبی‌ساز، نشان از درک ارزش گرمایش خورشید در دوران باستان دارد.
عبارت تهویه مطبوع معمولاً در ادبیات عامیانه صرفاً در مورد سرمایش و کولرها به کار می‌رود. اما در مفهوم واقعی‌اش اشاره به دست‌کاری و تنظیم هوا به منظور رسیدن به میزان مشخصی از گرمایش، سرمایش، رطوبت‌دهی، رطوبت‌زدایی، پاک‌سازی و گندزدایی دارد. هدف از سیستم تهویه مطبوع در یک ساختمان، فراهم کردن آسایش حرارتی کامل برای ساکنان آن است. از این رو و به منظور طراحی یک سیستم تهویه مطبوع مناسب، ابتدا باید جنبه‌های حرارتی بدن انسان را شناسایی کنیم.
بلوک‌های سازنده هر ارگانیزم زنده، سلول نام دارد. سلول‌ها به منزله کارخانه‌هایی مینیاتوری هستند که وظایف لازم برای زنده ماندن هر ارگانیزم را به عهده دارند. بدن انسان شامل یک‌صد تریلیون سلول با قطر میانگین یک‌صدم میلی‌متر است. در هر سلول و در هر ثانیه، هزاران واکنش شیمیایی رخ می‌دهد. در هریک از این واکنش‌ها، برخی مولکول‌ها شکسته و انرژی آزاد می‌کنند و در مقابل، مولکول‌های دیگری تشکیل می‌شوند. این سطح بالای فعالیت‌های شیمیایی درون سلول‌ها که دمای بدن انسان را در $$\large 37\: ^\circ \text {C}$$ (معادل $$\large 98.6\: ^\circ \text {F}$$) ثابت نگه می‌دارد و وظایف حیاتی بدن را انجام می‌دهد، متابولیسم نامیده می‌شود. به عبارت ساده، متابولیسم به سوزاندن غذاهایی مانند کربوهیدرات‌ها، چربی‌ها و پروتئین‌ها گفته می‌شود. محتوای انرژی قابل متابولیسم برای مواد مغذی موجود در غذا را معمولاً با معادل انگلیسی کلمه کالری (Calorie) که با حرف $$\large C$$ بزرگ نوشته می‌شود، نشان می‌دهند.
$$\large 1\: \text {Cal} \:=\: 1\: \text {kcal} \:=\: 4.1868\: \text {kJ}$$
همان‌طور که قبلاً در کاربرد ترمودینامیک در سیستم‌های بیولوژیکی گفته بودیم، سرعت متابولیسم در حالت استراحت، نرخ متابولیک پایه (Basal Metabolic Rate) نامیده می‌شود. این مقدار با نرخ متابولیسم لازم برای انجام کارهای ضروری بدن شامل تنفس و گردش خون در حالتی برابر است که مقدار کار خارجی انجام شده توسط فرد، صفر باشد. نرخ متابولیک را همچنین می‌توان به عنوان سرعت مصرف انرژی در بدن نیز تعریف کرد.
برای یک فرد متوسط (فردی سی ساله با وزن $$\large 70\: \text {kg}$$، قد $$\large 1.73\: \text {m}$$ و مساحت بیرونی $$\large 1.8\: \text {m}^2$$)، نرخ متابولیک پایه $$\large 84\: \text {W}$$ است. به عبارت دیگر، در این حالت، بدن انسان، انرژی شیمیایی موجود در غذا را با سرعت $$\large 84\: \text {J/s}$$ به گرما تبدیل می‌کند. سطح فعالیت، عاملی است که می‌تواند نرخ متابولیک را تا ده برابر نرخ متابولیک پایه افزایش دهد. مثلاً ورزش سنگین دو نفر در یک اتاق می‌تواند انرژی بیشتری نسبت به یک هیتر مقاومتی با توان $$\large 1\: \text {kW}$$ ایجاد کند.
حداکثر نرخ متابولیک یک مرد متوسط در سن بیست سالگی برابر $$\large 1250\: \text {W}$$ و در سن هفتاد سالگی برابر $$\large 730\: \text {W}$$ است. همچنین در ورزشکاران حرفه‌ای، این عدد به $$\large 2000\: \text {W}$$ هم می‌رسد و این مقادیر برای خانم‌های متوسط، در حدود سی درصد پایین‌تر است.
در بسیاری از موارد، نرخ متابولیک در فعالیت‌های مختلف با واحد $$\large \text {W/m}^2$$ بیان می‌شود. به عنوان مثال، این عدد در حین مطالعه برابر $$\large 55\: \text {W/m}^2$$، در حین پیاده‌روی برابر $$\large 100\: \text {W/m}^2$$ و در حین کشتی گرفتن برابر $$\large 450\: \text {W/m}^2$$ است. به همین دلیل به رابطه‌ای نیاز داریم تا تخمینی از مساحت بیرونی بدن ارائه دهد. معروف‌ترین فرمول در این رابطه، فرمول استخراج شده توسط «دوبویس» (DuBois) است.
$$\large A_s \:=\: 0.202\: m^ {0.425}\: h^ {0.725}$$
در این رابطه، $$\large m$$ جرم بدن برحسب کیلوگرم و $$\large h$$ هم قد برحسب متر است. پوشیدن لباس می‌تواند مساحت بیرونی بدن را تا حدود پنجاه درصد افزایش دهد. می‌توان فرض کرد تمام انرژی آزاد شده در متابولیسم به گرما تبدیل می‌شود. زیرا کار انجام شده توسط ماهیچه‌ها بسیار کوچک است. علاوه بر آن، کار انجام شده در بسیاری از فعالیت‌ها مانند پیاده‌روی یا دوچرخه‌سواری، در نهایت از طریق اصطکاک به گرما تبدیل می‌شود.
آسایش حرارتی بدن، اساساً به سه عامل محیطی دما، رطوبت نسبی و جریان هوا وابسته است. در این بین، دما بیشترین اهمیت را دارد. تحقیقات زیادی برای تعیین حد بالا و پایین آسایش حرارتی انجام گرفته است تا شرایطی که در آن، بدن انسان از نظر حرارتی، احساس آسایش و راحتی می‌کند، مشخص شود. بیشتر افراد با لباس و در حالت استراحت، برای آسایش حرارتی به دمایی در بازه $$\large 23\: ^\circ \text {C}$$ تا $$\large 27\: ^\circ \text {C}$$ (معادل $$\large 73\: ^\circ \text {F}$$ تا $$\large 80\: ^\circ \text {F}$$) نیاز دارند. در صورت حذف لباس، این بازه به $$\large 29\: ^\circ \text {C}$$ تا $$\large 31\: ^\circ \text {C}$$ می‌رسد.
رطوبت نسبی هم تأثیر زیادی روی آسایش حرارتی دارد. زیرا معیاری از توانایی هوا برای جذب رطوبت است و در نتیجه، مقدار گرمایی که یک فرد می‌تواند در محیط منتشر کند را تحت‌الشعاع قرار می‌دهد. بالا بودن رطوبت نسبی، دفع گرما از طریق تبخیر را کاهش می‌دهد. این اتفاق معمولاً در دماهای بالا رخ می‌دهد. در مقابل هم با پایین آمدن رطوبت نسبی، سرعت تبخیر بیشتر می‌شود. سطح دل‌پذیر رطوبت نسبی، در بازه $$\large 30$$ درصد تا $$\large 70$$ درصد قرار می‌گیرد و رطوبت نسبی $$\large 50$$ درصد، ایده‌آل‌ترین مقدار ممکن است. بیشتر مردم در این بازه احساس گرما یا سرما نمی‌کنند و نیازی نیست تا بدن برای تنظیم دما، سیستم‌های تدافعی را به کار بیاندازد.
عامل دیگری که اهمیت زیادی در آسایش حرارتی دارد، جریان شدید هوا است. جریان شدید هوا می‌تواند موجب سرمایش ناخواسته در قسمت‌هایی از بدن انسان شود. این عامل، یکی از مزاحم‌ترین عوامل در محیط کار، حرکت اتومبیل و حتی پرواز هواپیما به شمار می‌رود. جریان شدید هوا برای افرادی که لباس سبک پوشیده‌اند و در حال استراحت هستند، آسایش حرارتی را به هم می‌زند. ولی در مقابل و برای افرادی که در حال فعالیت سنگین هستند، این‌طور نیست. سرعت جریان هوا در فصل‌های زمستان و تابستان باید به ترتیب کمتر از $$\large 9\: \text {m/min}$$ (معادل $$\large 30\: \text {ft/min}$$) و $$\large 15\: \text {m/min}$$ (معادل $$\large 50\: \text {ft/min}$$) نگه داشته شود تا احساس عدم آسایش حرارتی ناشی از جریان شدید هوا به حداقل برسد.
از سوی دیگر، همواره به میزان حداقلی از جریان هوا نیاز است. زیرا به این ترتیب، هوای گرم و مرطوب از سطح بدن برداشته شده و با هوای جدید جایگزین می‌شود. بنابراین، سرعت جریان هوا باید به قدری زیاد باشد که بتواند گرما و رطوبت را از مجاورت بدن خارج کند و همچنین به قدری آرام باشد که وزش آن احساس نشود. جریان شدید هوا در فضای باز هم با احساس ناخوشایند همراه است. به عنوان مثال، محیطی با دمای $$\large 10\: ^\circ \text {C}$$ (معادل $$\large 50\: ^\circ \text {F}$$) و سرعت باد $$\large 48\: \text {km/h}$$ در مقایسه با محیط دیگری با دمای $$\large -7\: ^\circ \text {C}$$ (معادل $$\large 20\: ^\circ \text {F}$$) و سرعت باد $$\large 3\: \text {km/h}$$ دقیقاً مشابه هم احساس می‌شود.
سرمایش باد یا به اصطلاح، سوز (Wind-Chill) دمایی است که بدن در معرض باد احساس می‌کند. جدول زیر، بخشی از داده‌های مربوط به سرمایش باد را نشان می‌دهد. همان‌طور که مشاهده می‌کنید، هر چه دما به سمت رنگ قرمز پیش می‌رود، احتمال سرمازدگی و آسیب رسیدن به اندام‌های بدن بالاتر می‌رود.
سیستم تهویه‌ای که به منظور فراهم کردن آسایش حرارتی مورد استفاده قرار می‌گیرد، باید قادر باشد شرایط لازم را به صورت یکنواخت در محیط زندگی ایجاد کند. عوامل غیر یکنواختی که موجب سلب آسایش حرارتی می‌شوند، عبارت از جریان شدید هوا، تشعشع حرارتی نامتقارن، سطوح سرد یا گرم و گرادیان عمودی دما هستند.
تشعشع حرارتی نامتقارن، به دلیل سطوح سرد پنجره‌های بزرگ، دیوارهای عایق‌کاری نشده، وجود لوازم برقی روشن و همچنین وجود سطوح سرد یا گرم مربوط به پنل‌های حرارتی در سقف یا دیوارها است. این عوامل، هر طرف از سطح بدن را در معرض تشعشعات گرمایی با دماهای مختلف قرار می‌دهند. از این رو، توزیع جذب حرارت توسط بدن، نامتقارن خواهد بود. به عنوان مثال و مطابق شکل زیر، فردی را در نظر بگیرید که از یک سمت در مقابل پنجره سرد قرار دارد. احساس بدن شبیه به این خواهد بود که حرارت از آن سمت بدن، بیرون کشیده می‌شود.
برای اینکه آسایش حرارتی به هم نخورد، عدم تقارن دمای تشعشع نباید از مقدار $$\large 5\: ^\circ \text {C}$$ در جهت عمودی و از $$\large 10\: ^\circ \text {C}$$ در جهت عرضی، تجاوز کند. با اندازه‌گیری درست و نصب پنل‌های حرارتی، استفاده از شیشه‌های دوجداره و عایق‌کاری دیوارها و سقف، می‌توان اثرات ناخوشایند تشعشع نامتقارن را به حداقل رساند. تماس مستقیم با سطوح سرد یا داغِ کف اتاق نیز می‌تواند عدم آسایش حرارتیِ محلی برای پا به همراه داشته باشد. دمای کف اتاق، به چگونگی ساخت آن و استفاده از پوشش‌های کف، مانند موکت و فرش وابسته است. اینکه اتاق مستقیماً روی زمین بنا شده یا در طبقه‌ای بالاتر قرار دارد، جنس آن از بتن یا پارکت است و همچنین آیا عایق در ساخت آن به کار رفته یا خیر، همگی از عوامل تأثیرگذار هستند.
دمای $$\large 23 ^\circ \text {C}$$ تا $$\large 25 ^\circ \text {C}$$ تقریباً برای همه افراد، موجب آسایش حرارتی می‌شود. اگر از پوششی برای پا استفاده شده باشد، عدم تقارن در کف اتاق، اهمیت خود را از دست می‌دهد. یکی از روش‌های مؤثر و مقرون به صرفه برای افزایش دمای کف، استفاده از پنل‌های تشعشع حرارتی به جای زیاد کردن درجه رادیاتورها است. عامل مؤثر دیگر در ایجاد شرایط غیریکنواخت، گرادیان دمایی است که باعث می‌شود سر و پای انسان دماهای متفاوتی را تجربه کنند. برای برقراری آسایش حرارتی، اختلاف دمای سر و پاها نباید از مقدار $$\large 3 ^\circ \text {C}$$ تجاوز کند. برای حل این مشکل می‌توان از پنکه‌هایی استفاده کرد که این گرادیان دمایی را به هم می‌زنند.
باید به این نکته توجه کرد که هیچ شرایط حرارتی خاصی وجود ندارد که در آن، همه افراد راضی باشند. فرقی نمی‌کند، مجموعه شرایط چگونه تنظیم شده باشد. همیشه افرادی هستند که از شرایط موجود رضایت ندارند. محدوده آسایش حرارتی براساس رضایت و مقبولیت $$\large 90$$ درصد افراد ایجاد می‌شود. به عبارت دیگر، اگر فقط $$\large 10$$ درصد افراد از شرایط تهویه ناراضی باشند، احتمالاً آسایش حرارتی برقرار شده است. با بالا رفتن سن، متابولیسم کاهش می‌یابد ولی این عامل روی محدوده آسایش حرارتی تأثیری ندارد. تحقیقات نشان می‌دهد الگوها و معیارهای آسایش حرارتی در افراد جوان و سال‌خورده تفاوتی با هم ندارد. آزمایشاتی دیگر هم تأیید کرده که شرایط دلخواه از نظر آقایان و خانم‌ها، خیلی با یکدیگر متفاوت نیست.
سرعت متابولیسم در خانم‌ها تا حدی پایین‌تر است. اما در سوی دیگر، دمای پوست خانم‌ها نیز اندکی کمتر بوده و از این رو، اتلاف حرارت از طریق تبخیر کاهش می‌یابد. به عبارت دیگر، این دو عامل تا حدی یکدیگر را جبران می‌کنند تا در مجموع، تغییری در معیارهای آسایش حرارتی رخ ندهد. جالب است بدانید حتی در نقاط مختلف کره زمین و در فصل‌های متفاوت، تغییر قابل ملاحظه‌ای در محدوده آسایش حرارتی اتفاق نمی‌افتد. علاوه بر این، انسان‌ها نمی‌توانند با خو گرفتن به آب و هوای جدید، معیارهای آسایش حرارتی را در خود تغییر دهند. بنابراین، می‌توان یک معیار آسایش حرارتی را برای تمامی ساکنان زمین و در تمام فصول تجویز کرد.
در یک محیط سرد، نرخ اتلاف حرارت از بدن می‌تواند از نرخ تولید گرمای متابولیک بیشتر شود. گرمای مخصوص بدن انسان برابر $$\large 3.49\: \text {kJ/kg. }^\circ \text {C}$$ است و در نتیجه، برای یک فرد متوسط به وزن $$\large 70$$ کیلوگرم، هر یک درجه سلسیوس کاهش دمای بدن با کمبود $$\large 244\: \text {kJ}$$ انرژی گرمایی متناظر است. هر $$\large 0.5\: ^\circ \text {C}$$ کاهش در دمای متوسط بدن، موجب تغییر قابل ملاحظه‌ای در آسایش حرارتی می‌شود ولی باز هم قابل قبول است. کاهشی برابر با $$\large 2.6\: ^\circ \text {C}$$ موجب عدم آسایش حرارتی شدیدی می‌شود. اگر دمای متوسط بدن فردی که خوابیده، به اندازه $$\large 1.3\: ^\circ \text {C}$$ کاهش پیدا کند، فرد بیدار خواهد شد. این مقدار کاهش دمای متوسط با $$\large 0.5\: ^\circ \text {C}$$ کاهش در دمای درون بدن و $$\large 3\: ^\circ \text {C}$$ کاهش در دمای سطح پوست متناظر است. اگر دمای درون بدن، تا زیر $$\large 35\: ^\circ \text {C}$$ پایین بیاید، مکانیزم تنظیم دمای بدن به هم می‌ریزد و اگر این کاهش، تا زیر $$\large 28\: ^\circ \text {C}$$ هم ادامه پیدا کند، کشنده خواهد بود.
بررسی صورت گرفته روی گروهی از افراد در وضعیت نشسته، حاکی از این بود که دمای میانگین سطح پوست برابر با $$\large 33.3\: ^\circ \text {C}$$ همراه با آسایش حرارتی است. در دمای $$\large 31\: ^\circ \text {C}$$، آسایش حرارتی به هم خورده و احساس سرما می‌کنند. در دمای $$\large 30\: ^\circ \text {C}$$ از سرما شروع به لرزیدن می‌کنند و با دمای $$\large 29\: ^\circ \text {C}$$ شروع به احساس سرمای شدید می‌کنند. افرادی که مشغول انجام کارهای سنگین بودند، در دماهای پایین‌تری آسایش حرارتی داشتند. از این رو، شدت فعالیت تأثیر مستقیمی روی عملکرد بدن و آسایش حرارتی دارد. اندام‌هایی مانند دست‌ها و پاها به راحتی تحت تأثیر هوای سرد قرار می‌گیرند و دمای آنها شاخص خوبی از آسایش حرارتی و عملکرد بدن فراهم می‌کند. براساس قرارداد، اگر دمای پوست دست برابر $$\large 20\: ^\circ \text {C}$$ باشد، آسایش حرارتی به هم می‌خورد. در دمای $$\large 15\: ^\circ \text {C}$$، فرد احساس سرمای شدید می‌کند و دمای $$\large 5\: ^\circ \text {C}$$ نیز همراه با سرمای طاقت‌فرسا خواهد بود. در واقع، تا زمانی که دمای پوست در قسمت انگشت‌ها بالای $$\large 16\: ^\circ \text {C}$$ باشد، دست‌ها قادر هستند کارها را به راحتی انجام دهند.
می‌توانیم کاهش دمای پوست را به عنوان خط مقدم دفاعی بدن در مقابل اتلاف شدید گرما در یک محیط سرد در نظر بگیریم. در این وضعیت، با منقبض شدن رگ‌ها و کاهش جریان خون در نزدیکی پوست، سرعت اتلاف حرارت کاهش پیدا می‌کند. با این اتفاق، دمای بافت‌های زیرپوستی کم می‌شود تا دمای داخل بدن ثابت بماند. اقدام بعدی، بالا بردن سرعت تولید گرمای متابولیک در بدن به وسیله ایجاد لرزش (Shivering) است. مگر اینکه خودِ فرد به صورت داوطلبانه، شدت فعالیت‌های خود یا مقدار لباسی که پوشیده است را بیشتر کند. لرزیدن ناشی از سرما، به آهستگی و در گروه ماهیچه‌های کوچک‌تر آغاز می‌شود و می‌تواند در مراحل اولیه، سرعت تولید گرمای متابولیک را در بدن دو برابر کند. در وضعیتی که تمام بدن فرد شروع به لرزیدن می‌کند، این مقدار می‌تواند به شش برابر سرعت تولید گرما در بدن فردی در حالت استراحت هم برسد.
اگر این اقدام هم کافی نباشد، دما در عمق بدن شروع به کاهش می‌کند. در اندام‌هایی مانند دست‌ها و پاها که در دورترین فاصله نسبت به بدن قرار دارند، بیشترین احتمال آسیب رسیدن به بافت‌ها وجود دارد.
در طرف مقابل و در محیط‌های گرم، سرعت اتلاف حرارت از بدن، به پایین‌تر از سرعت تولید گرمای متابولیک می‌رسد. این دفعه بدن، مکانیزم معکوسی را فعال می‌کند. در مرحله اول، گردش خون بالا رفته و در نتیجه، انتقال حرارت از طریق پوست انجام می‌شود. سپس دمای پوست و بافت‌های زیرپوستی افزایش یافته و به دمای درونی بدن نزدیک می‌شود. اگر شدت گرما خیلی زیاد باشد، ضربان قلب به $$\large 180$$ بار در هر دقیقه می‌رسد تا خون کافی برای رسیدن به مغز و پوست تأمین شود. با بالاتر رفتن ضربان قلب، راندمان حجمی آن کاهش می‌یابد. زیرا فاصله بین هر دو ضربان کمتر از آن است که قلب از خون پُر شود. در نتیجه، در تأمین خون برای مغز و پوست با کمبود مواجه می‌شود. در این حالت و به دنبال این گرمازدگی (Heat Exhaustion)، فرد دچار حالت غش می‌شود.
کم‌آبی می‌تواند به جدی‌تر شدن این مشکل دامن بزند. اگر فردی که به مدت طولانی در حال انجام کار سنگین بوده، به طور ناگهانی دست از کار بکشد، مشکل مشابهی برایش رخ خواهد داد. زیرا در این وضعیت، خون به شدت به سمت ماهیچه‌ها و پوست پمپاژ شده و حالا ماهیچه‌ها در حالت استراحت هستند و نمی‌توانند خون را برای بازگشت به سمت قلب وادار به حرکت کنند. در نتیجه، قلب، خون کافی برای ارسال به مغز در اختیار نخواهد داشت.
تا اینجا اولین اقدام بدن را مورد بررسی قرار دادیم. دومین اقدام دفاعی، آزاد کردن آب از غده‌های عرق (Sweat Glands) و روی آوردن به سرمایش تبخیری (Evaporative Cooling) است. مگر اینکه پیش از آن، حجم لباس‌ها کم و از شدت فعالیت‌ها کاسته شده باشد. در محیط‌های گرم، بدن قادر است حجم زیادی از گرمای متابولیک را از طریق تعرق در محیط منتشر کند. زیرا عرق، گرمای بدن را جذب کرده و تبخیر می‌شود.
در این شرایط و با وجود سرمایش تبخیری، بدن می‌تواند دمای درونی $$\large 37\: ^\circ \text {C}$$ خود را حتی در محیط‌هایی با دمای بسیار زیاد، به طور نامحدود حفظ کند. اما به شرطی که مقدار زیادی آب نوشیده باشد تا ذخیره‌های آبی بدنش دوباره پر شود و همچنین هوای محیط به قدری خشک باشد تا عرق به جای جاری شدن روی سطح پوست، بتواند مستقیماً تبخیر شود. اگر این اقدام راه به جایی نبرد، بدن شروع به جذب گرمای متابولیک خواهد کرد و دمای بخش‌های درونی بدن بالا می‌رود. اگر دمای مرکزی بدن به اندازه $$\large 1.4\: ^\circ \text {C}$$ بالا برود، بدن می‌تواند بدون به هم خوردن آسایش حرارتی آن را تحمل کند. اما اگر این عدد به $$\large 2.8\: ^\circ \text {C}$$ برسد، می‌تواند به غش کردن فرد هم بیانجامد. هنگامی که دمای مرکزی بدن انسان از عدد $$\large 39\: ^\circ \text {C}$$ فراتر رود، فرد احساس کُندی و بی‌حالی می‌کند و عملکردش با اختلال شدیدی همراه خواهد شد. همچنین اگر دمای مرکزی بدن از $$\large 41\: ^\circ \text {C}$$ بیشتر شود، به پروتئین‌های هیپوتالاموس آسیب می‌زند و در نتیجه، قطع شدن تعریق، افزایش گرمای تولید شده توسط لرزش و در نهایت، شوک گرمایی با آسیب‌های برگشت‌ناپذیر و منجر به مرگ را به دنبال خواهد داشت. در دمای مرکزی بالاتر از $$\large 43\: ^\circ \text {C}$$، احتمال مرگ بسیار بالاست.
اگر دما در روی سطح پوست به عدد $$\large 46\: ^\circ \text {C}$$ برسد، فرد در پوستش احساس درد می‌کند. به همین دلیل، تماس مستقیم با جسمی در این دما یا داغ‌تر از آن، دردناک خواهد بود. البته مقاومت سطح پوست در برابر انتقال حرارت جابجایی و همچنین سرمایش تبخیری، از عواملی هستند که به یک فرد کمک می‌کنند بتواند حداکثر تا نیم ساعت در اتاقی با دمای $$\large 100\: ^\circ \text {C}$$ بماند و هیچ آسیب و دردی هم به پوستش وارد نشود. حتی می‌توانیم دست‌هایمان را برای لحظه‌ای کوتاه درون یک فر آشپزخانه با دمای $$\large 200\: ^\circ \text {C}$$ قرار دهیم و هیچ اتفاقی برای دست‌هایمان نیفتد.
عامل دیگری که می‌تواند سلامتی و آسایش حرارتی را تحت تأثیر قرار دهد، تهویه (Ventilation) است. هوای تازه بیرون را می‌توان به طور طبیعی، بدون انجام هیچ کاری و فقط با باز گذاشتن پنجره‌ها، به داخل ساختمان هدایت کرد یا با استفاده از یک سیستم تهویه مکانیکی، آن را به اجبار به داخل ساختمان انتقال داد. در حالت اول، که پدیده‌ای مرسوم در ساختمان‌های مسکونی است، تهویه هوا از طریق درها و پنجره‌ها و با نفوذ از مسیرهای خالی، انجام می‌شود. علاوه بر این، در حمام و آشپزخانه نیاز به تهویه اضافی وجود دارد که این نیاز با استفاده از دمپرهای تخلیه هوا یا فن‌های هواکش برطرف می‌شود. در این روش تهویه هوا که هیچ کنترلی هم روی آن نیست، از یک سو ممکن است نرخ ورودی هوای تازه بیش از حد باشد و به این طریق، انرژی به هدر برود. یا از سوی دیگر، نرخ ورودی هوا خیلی کم باشد و به همین دلیل، کیفیت هوای داخل در سطح پایینی بماند. ولی بعید است که این رویه در اکثریت ساختمان‌های مسکونی تغییر کند. چون هیچ گروهی نسبت به این شکل از اتلاف انرژی و همچنین کیفیت پایین هوای داخل، معترض نیست. از سوی دیگر، تعیین هزینه و همچنین پیچیدگی‌های این سیستم‌های تهویه، عملاً غیرر ممکن است.
اما در طرف دیگر، امروزه سیستم‌های مکانیکی تهویه، بخش جدایی‌ناپذیر از سیستم‌های تهویه و حرارتی در تمام ساختمان‌های تجاری، اداری، فروشگاه‌ها و انبارها هستند. فراهم کردن مقدار معینی از هوای تازه بیرون و توزیع یکنواخت آن در تمام ساختمان، هدفی است که این سیستم‌ها دنبال می‌کنند. در آموزش آشنایی با سیستم‌های تهویه مطبوع سرمایشی و گرمایشی (چیلرهای توربوکر و دیگ‌های چگالشی)، می‌توانید با انواع این سیستم‌ها و نحوه عملکردشان آشنا شوید. همچنین در آموزش اصول طراحی، نصب و سرویس سیستم های تهویه مطبوع حجم متغیر VRF نیز ضمن آشنایی با سیستم جدیدی که در تأمین سرمایش و گرمایش، توانایی رقابت با چیلر و دیگ را دارد، اصول طراحی و نصب و همچنین توجیه اقتصادی آن را نیز فرا خواهید گرفت.
لزوم استفاده از سیستم‌های تهویه جهت بهبود آسایش حرارتی در این‌گونه ساختمان‌ها اصلاً موضوع عجیبی نیست. چرا که بسیاری از این اتاق‌ها هیچ پنجره‌ای به بیرون ندارند و استفاده از سیستم‌های تهویه تنها راه چاره است. حتی خیلی از اتاق‌هایی که پنجره دارند هم شامل همین وضعیت می‌شوند. زیرا موارد متعددی وجود دارد که طرز چیدمان اتاق به صورتی است که نمی‌توان برخی از پنجره‌ها را باز کرد. اینکه به منظور اطمینان، توان و راندمان یک سیستم تهویه، بسیار بیشتر از میزان لازم انتخاب شود، فقط موجب تخلیه هوای گرم یا سرد اضافی می‌شود و جز اتلاف هزینه و از دست رفتن انرژی پیامد دیگری ندارد.
از سوی دیگر، استفاده از سیستم تهویه‌ای با توانی کمتر از حداقل توان مورد نیاز برای برقراری شرط پایستگی انرژی، هم نمی‌تواند راهکار هوشمندانه‌ای تلقی شود. حداقل هوای تازه مورد نیاز به عنوان خروجی یک سیستم تهویه در مکان‌های مختلف، به عوامل مختلفی وابسته است. این مقادیر به کنترل میزان گاز کربن دی‌اکسید و سایر آلاینده‌ها و در نظر گرفتن یک حاشیه مطمئن نسبت به آنها بستگی دارد. به طوری که هوای تازه با نرخ حداقل $$\large 7.5\: \text {L/s}$$ (معادل $$\large 15\: \text {ft} ^3/ \text {min}$$) برای هر فرد قابل تأمین باشد. این عدد در اتاق‌های بیمارستان به $$\large 13\: \text {L/s}$$ (معادل $$\large 26\: \text {ft} ^3/ \text {min}$$) و در سالن‌های مخصوص سیگار در فرودگاه‌ها به $$\large 30\: \text {L/s}$$ (معادل $$\large 60\: \text {ft} ^3/ \text {min}$$) می‌رسد.
همچنین، وظیفه دیگر سیستم‌های مکانیکی تهویه هوا، پاک‌سازی هوا از طریق فیلتر کردن آن پیش از ورود به داخل ساختمان است. با توجه به اینکه چه نیازمندی‌هایی برای پاک بودن هوای داخل و همچنین افت فشار مجاز در آن وجود دارد، می‌توان از انواع مختلف فیلتر بدین منظور استفاده کرد.
در صورت علاقه‌مندی به مباحث مرتبط در زمینه مهندسی مکانیک، آموزش‌های زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:
^^
