بدن انسان و آسایش حرارتی

واژه «تهویه مطبوع» معمولا به عنوان سرمایش (خنک سازی) بکار می رود، ولی مفهوم گسترده آن به معنای تهویه و آماده سازی هوا تا سطح مطلوب از نظر گرمایش، سرمایش، رطوبت دهی، رطوبت گیری، پاکسازی و بوزدایی است. هدف سیستم تهویه مطبوع یک ساختمان، ایجاد آسایش حرارتی کامل برای ساکنان آن است. بنابر این لازم است تا جنبه های حرارتی بدن انسان در رابطه با طراحی یک سیستم تهویه مطبوع کارآمدتفهیم شود.

اجزاء سازنده موجودات زنده سلول نام دارند. سلول ها مشابه یک کارخانه مینیاتوری هستند که عملیات لازم جهت حیات موجودات زده را انجام می دهند. بدن انسان دارای حدود یکصد تریلیون سلول با قطر متوسط 0/01 میلی متر است. در یک نمونه سلول، در هر ثانیه هزاران واکنش شیمیایی انجام یافته که طی آن برخی ملکول ها خرد شده و انرژی آزاد می شود و برخی ملکول های جدید نیز شکل می گیرند. سطح بالای کنش شیمیایی درون سلول که موجب می شود دمای بدن انسان در C 0ᵒ/37 ثابت مانده و همزمان عملیات مورد نیاز بدن نیز انجام گیرد را «سوخت و ساز» گویند. به بیان ساده تر، سوخت و ساز عبارت از سوختن غذاهایی نظیر کربوهیدارت ها، چربی و پروتئین است. مقدار انرژی قابل سوختن مواد غذایی، توسط متخصصین تغذیه بنام کالری بزرگ (که به اختصار کالری نامیده می شود) بیان می شود بطوری که هر کالری بزرگ برابر یک کیلوکالری یا 1868/4 کیلوژول است. نرخ سوخت و ساز در وضعیت س، نرخ سوخت و ساز مبنا نامیده شده، که عبارت است از نرخ سوخت وساز لازم برای انجام فعالیت های ضروری بدن، نظیر تنفس و گردش خون، در حالتی که هیچ فعالیت خارجی انجام نمی شود. نرخ سوخت و ساز را می توان به عنوان نرخ انرژی مصرفی بدن نیز تعبیر کرد. برای یک مرد متوسط (به سن 30، وزن kg70 ، قد m 73/1 و سطح پوست m8/1)، نرخ سوخت و ساز مبنا 84 وات است. به بیان دیگر، بدن انرژی شیمیایی مواد غذایی (یا چربی بدن، در هنگامی که انسان غذا نمی خورد) را با نرخ Js 84 به حرارت تبدیل کرده، که سپس به محیط اطراف تلف می شود. با افزایش فعالیت، نرخ سوخت و ساز افزایش یافته و در هنگام تمرین های شدید می تواند تا 10 برابر نرخ سوخت و ساز مبنا افزایش یابد. به عبارت دیگر اگر در اتاقی دو نفر فعالیت سنگینی انجام دهند انرژی بیش از یک بخاریبرقی یک کیلووات ایجاد می کنند. درهنگام خواندن، نوشتن، تایپ و گوش دادن به مطالب درسی در وضعیت نشسته، یک انسان متوسط 108 وات حرارت تولید می کند. حداکثر نرخ سوخت و ساز یک مرد در 20 سالگی 1250 وات در 70 سالگی 730 وات است. برای بانوان مقادیر فوق 30 درصد کمتر است. حداکثر نرخ سوخت و ساز یک قهرمان ورزشکار می تواند بیش از 2000 وات باشد.

آسایش بدن انسان اساساً به سه عامل محیطی بستگی دارد: دما، رطوبت نسبی و حرکت هوا.

دمای محیط مهمترین شاخص آسایش  است. تحقیقات زیادی در رابطه با «ناحیه آسایش حرارتی» برای انسان صورت گرفته تا شرایطی که درآن انسان احساس راحتی می کند، تعیین شود. مشاهده شده که اغلب اشخاصی که لباس عادی پوشیده و دروضعیت استراحت بوده یا کار سبک انجام می دهند در محدود دمای کارکرد (یعنی دمای میانگین تقریبی هوا و سطوح اطراف) C23-27ᵒ احساس راحتی می کنند.

برای افراد بدون لباس، این محدوده 29 تا C31ᵒ است. از آنجا که رطوبت نسبی، نشانگر قابلیت هوا جهت جذب رطوبت بوده و در نتیجه بر مقدار حرارت دفع شده بدن از طریق تبخیر اثر می گذارد، بنابر این بر احساس آسایش تاثیر زیادی دارد. در رطوبت نسبی بالا دفع حرارت از طریق تبخیر، به خصوص در صورت بالا بودن دما، کم شده و رطوبت نسبی پایین تاثیر مع دارد. محدوده مطلوب رطوبت نسبی 30 تا 70 درصد بوده و بهترین میزان آن 50 درصد است. اغلب افراد در این شرایط احساس سرما یا گرما نکرده و بدن نیازی به انجام مکانیزم های دفاعی جهت حفظ دمای عادی بدن ندارد.