دانلود مقاله سیستم ها کنترل محیط زیست

گرما و دما واژگانی هستند که اغلب با هم اشتباه می‌شوند.

گرما انرژی جنبشی مولکولها در یک ماده است و دما مقدار متوسط انرژی جنبشی در هر کدام از مولکولهای یک ماده می‌باشد.

بنابراین دما مقدار تمرکز گرما در یک ماده است.

تقریباً تمامی اجسام مادی دارای گرما می‌باشند و این امر بدان جهت است که مولکولهای آنها در حال حرکت می‌باشند.

طبق تعریف، صفر مطلق (F ْ 69/459- ، Cْ15/273- ، و یا K ْ0) دمایی است که در آن تمامی حرکتهای مولکولی متوقف می‌شود.

هر چه جنبش مولکولها زیادتر باشد، دما بیشتر خواهد بود.

بسیاری از مردم بواسطه تجربه روزمره خود، با دما (که به صورت فارنهایت با سلسیوس اندازه‌گیری می‌شود)آشنا می‌باشند.

امّا واحد اندازه‌گیری گرما- واحد حرارتی انگلیسی (Btu) یا کالری- کمتر شناخته شده است.

یک Btu ، طبق تعریف مقدار گرمای مورد نیاز برای افزایش دمای یک پوند آب به اندازه یک درجه فارنهایت می‌باشد.

گرکا همیشه از مواد گرمتر به مواد سردتر در جریان است.

اگر هیچ تفاوت دمایی وجود نداشته باشد هیچ انتقال گرمایی نیز بوجود نخواهد آمد.

هدایت گرمایی هدایت، انتقال انرژی جنبشی بین مولکول‌های مجاور می‌باشد.

این نوع انتقال همیشه از نقطه گرمتر- یعنی منطقه دارای جنبش مولکولی سریعتر- به نقطه سردتر- یعنی منطقه دارای جنبش مولکولی کندتر- صورت می‌گیرد.

این انتقال به طور مساوی و در تمام جهات (بالا، پایین و اطراف) به آسانی انجام می‌گیرد و مستقل از نیروی گرانش زمین می‌باشد.

یک نمونه روشن از انتقال هدایتی گرما، نگهداشتن قاشق فلزی در کاسه محتوی سوپ داغ می‌باشد.

برای موادی که درمحیطهای معماری قرار گرفته‌اند قانون عمومی وجود دارد؛ بدین صور که هر قدر چگالی یک ماده بیشتر باشد انتقال گرمااز طریق هدایت در آن راحت‌تر خواهد بود.

فلزات (آلومینیوم، فولاد، مس) هادیهای بسیار خوبی می‌باشند.

بتون و مصالح سنگی نیز هادیهای خوبی هستند.

چوب در مرتبه بعدی قرار دارد.

هوا و دیگر گازهای رایج هادیهای ضعیفی هستند و بنابراین عایق‌های خوبی می‌باشند.

مواد متخلخل (مانند پشم، عایق فایبر گلاس و فومهای سفت) که فضاهای پراز هوای زیادی در خود دارند نیز عایق‌های خوبی هستند و اغلب در ساختمانها به منظور کاهش دفع و جذب گرما از آنها استفاده می‌شود.

از آنجا که هدایت گرمایی به انتقال انرژی جنبشی بین مولکولها بستگی دارد، در نبود مولکولها (یعنی در خلأ) هیچ انتقالی از طریق هدایت انجام نمی‌شود.

اندازه‌گیری هدایت امکان انتقال گرما به صورت هدایت به چند عامل بستگی دارد: امکان انتقال از طریق هدایت در خود ماده (عموماً هر قدر چگالی زیادتر و ماده دارای هوای کمتری باشد، هدایت بیشتر خواهد بود).

اختلاف دما( هر چه اختلاف دما در دو طرف ماده زیادتر باشد، هدایت بیشتر خواهد بود).

سطح قرار گرفته در معرض گرما (هر چه مساحت سطح قرار گرفته در برابر اختلاف دما بیشتر باشد، هدایت بیشتر خواهد بود).

مدت زمان قرارگیری در معرض گرما (هرچه این مدت زمان بیشتر باشد، هدایت بیشتر خواهد بود).

ضخامت (اینکه گرما تا چه مسافتی در ماده جریان می‌یابد.

هر چه ضخامت کمتر باشد، هدایت بیشتر خواهد بود).

ضریب هدایت حرارتی (k)، گرمای انتقال یافته به صورت هدایت می‌باشد که از طریق یک ماده با ضخامت معین و در زمانی معین، هنگامی که سطحی معین از آن در برابر اختلاف دمایی معین قرار رگفته است صورت می‌گیرد.

این ضریب، مهمترین واحد اندازه‌گیری گرمای انتقال یافته از طریق هدایت در یک ماده می‌باشد.

ضریب هدایت ویژه شبیه به ضریب هدایت حرارتی می‌باشد با این تفاوت که مقدار آن برای ضخامت خاصی از یک ماده تعریف می‌شود.

ضریب مقاومت حرارتی (R) برابر عکس ضریب هدایت ویژه می‌باشد و واحد آن (hr.ft2.0F)/Btu می‌باشد.

این ضریب، واحد معمول‌تریجهت اندازه‌گیری و انتخاب عایق‌بندی برای اجزای ساختمان می‌باشد.

هر چه مقدار R بیشتر باشد مقدار عایق‌کنندگی نیز بیشتر خواهد بود.

این ضریب، واحد مناسبی بری محاسبه توانایی عایق‌کنندگی مجموعه‌ای ترکیب شده از مصالح ساختمانی می‌باشد؛ مقاومت حرارتی مصالح به سادگی به همدیگر افزوده می‌شوند تا مقاومت حرارتی مجموعه ترکیب شده مصالح بدست آید.

ضریب عبور حرارتی ضریب عبور حرارتی (U)، واحد مقدار گرمای انتقال یافته از طریق یک ساختمان در واحد زمان در واحد سطح می‌باشد و مقدار آن برابر با عکس مقدار مجموع R می‌باشد.

واحد ضریب عبور حرارتی (U) همانند ضریب هدایت ویژه، Btu/(hr.ft2.0F) می‌باشد.

توجه داشته باشید که اگر چه برای محاسبه مقدار R برای کل یک ترکیب، مقدار R مربوط به هر یک از اجزاء را باهم می‌توان جمع نمود با این حال، مقادیر ضریب هدایت ویژه (C) را نمی‌توان باهم جمع نمود تا مقدار ضریب عبور حرارتی (U) محاسبه گردد بلکه به جای آن می‌بایست مقادیر معکوس ضرایب هدایت ویژه را باهم جمع نمود تا مقدار مقاومت حرارتی (R) برای کل ترکیب بدست آید و رد پایان، مقدار معکوس R محاسبه شود تا ضریب عبور حرارتی (U) بدست آید.

ذخیره سازی حرارتی شیوه بالا در محاسبه دفع هدایتی گرما، اختلاف دما را در مدت زمانی طولانی ثابت فرض می‌کند.

اگرچه این مطلوب در عمل به ندرت اتفاق می‌افتد با این حال اگر گرمای نسبتاً کمی در مصالح ذخیره شود، این شیوه هنوز قابل اطمینان خواهد بود و این در حالتی اسن که سازه ساختمان از لحاظ وزنی سبک باشد (برای مثال چوب، فولاد، شیشه).

با این وجود مصالحی که دارای جرم زیادی می‌باشند (مثل بتون یا آجر) مقدار زیادی گرما را در حرارتی جداره ساختمان می‌تواند تا حد زیادی عملکرد حرارتی آن را تحت تأثیر قرار دهد.

در مقیاس ساختمانی اگر دمای خارجی ساختمان نسبتاً ثابت باشد ویژگی ذخیره‌سازی حرارتی در مصالح ساختمانی تأثیر ناچیزی بر دمای داخلی ساختمان خواهد داشت.

اگر نوسانات دمای روزانه زیاد باشد انتخاب مصالحی با ظرفیت ذخیره‌سازی حرارتی بالا می‌تواند در تثبیت دمای داخلی ساختمان موثر باشد.

تابش تابش حرارت، انتقال گرما، (انرژی جنبشی مولکولها) از طریق امواج الکترومغناطیسی می‌باشد.

وقتی که مولکولها بر روی سطح یک ماده حرکت می‌کنند انرژی تابشی را به شکل تابش الکترومغناطیسی می‌باشد.

در این نوع انتقال گرما همانند هدایت، انرژی از ماده گرمتر به ماده سردتر منتقل می‌شود.

ولی برخلاف هدایت، دراینجا هیچ واسطه مولکولی مورد نیاز نیست.

در واقع، تابش در آسانترین حالت خود در یک خلأ کامل اتفاق می‌افتد.

حرکت جنبشی مولکولهای سطح ماده با سرعت نور منتشر می‌شوند (در واقع نظریه کوانتوم نور بیان می‌دارد که نور در بسته‌های کوچک تابشی منتشر می‌شود که فوتون نام دارند و ترکیبی عجیب از موج و ذرات را به نمایش می‌گذارند تمامی مواد، انرژی را در تمام جهات به صورت تابعی از دمای مطلق سطح می‌تابانند.

بنابراین حتی یک سطح سرد نیز انرژی را به سطح گرم می تاباند.

با این حال این سطح سرد، انرژی بسیار بیشتری از سطح گرم و دریافت می‌کند.

تابش نیز همانند هدایت، مستقل از نیروی گرانش زمین می‌باشد و به طور مساوی در تمامی جهات اتفاق می‌افتد.

دمای یک سطح نه تنها میزان تابش انتشار یافته را تعیین می‌کند بلکه طول امواج (فرکانس) تابش را نیز مشخص می‌سازد.

منطقخ مرئی بخشی از طیف خورشید است که چشم قادر به دیدن آن است و بنابراین برای روشنایی مناسب می‌باشد (4/0 تا 7/0 میکرون).

منطقه نزدیک به مادون قرمز، بخش نامرئی در طیف خورشیدی است (7/0 تا 4 میکرون).

طیف کوچک ماوراء بنفش نیز نامرئی است (3/0 تا 4/0 میکرون) با این حال از لحاظ معماری تنا به دلیل تأثیر آن بر بی‌رنگ ساختن رنگهای داخلی ساختمان و کاهش رشد گیاهان اهمیت دارد.

منطقه دور از مادون قرمز نیز قسمتی نامرئی از طیف خورشیدی است که از فضاهای گرم و دیگر سطوح زیمنی منتشر می‌شود (بزرگتر از 8 تا 50 میکرون).

خصوصیات اپتیکی : هنگامی که انرژی تابشی به سطحی برخورد می‌کند امکان وقوع سه اتفاق و یا ترکیبی از آنها وجود دارد.

این ارنژی می‌تواند جذب و تبدیل به انرژی حرارتی شود و بدین ترتیب سطح دریافت کننده را گدم کند و یا می‌تواند از سطح ماده منعکس شود که در این صورت هیچ گرمایشی انجام نمی‌پذیرد و یااینکه اگر ماده در برابر طول موجهای تابشی شفاف باشد، این انرژی می‌تواند از ماده عبور کرده و منتشر شود.

این مقادیر (جذب، انعکاس و عبور) بدون واحد بوده و بین 0 تا 1 تغییر می‌کنند؛ به طوریکه مجموع این مقادیر برای هر ماده باید مساوی با یک باشد.

به عبارت دیگر؛ مقدار تابش برخوردی به یک سطح باید همیشه برابر با مجموع تابش جذب شده، انعکاس یافته و عبوری باشد.

اثر گلخانه‌ای در یک روز خوب وروشن، جو زمین برای تابش خورشید نسبتاً شفاف است (مخصوصاً در منطقه طیف مرئی ونزدیک به مادون قرمز).

امواج تابشی خورشید بعد از عبور از جو به سطوح زمین برخورد می‌کنند ودر این هنگام یا منعکس (حدوداً 20 درصد) ویا جذب می‌شوند (حدوداً 80 درصد).

اشعه‌های منعکس شده به همان سهولتی که وارد جو زمین شده بودند از آن خارج می‌شوند، اما اشعه‌های جذب شده تبدیل به گرما شده و سطح جذب کننده را گرم می‌کنند.

جو زمین برای امواج طولانی‌تر دور از مادون قرمز که از سطوح گرم شده توسط خورشید منتشر می‌شوند، نسبتاً کدرتر می‌باشد و به صورت یک «سپرتابشی» درمی‌آید که از تابش گرمای زمین به فضای خارج از آن جلوگیزی می‌کند.

این خاصیت، دلیل محیط حرارتی نسبتاً گرم و پایدار جو زمین می‌باشد.

مقدار بخار آب هوا تأثیر شگرفی بر اثر گلخانه‌ای دارد.

در آب و هوای مرطوب، دماهای روزانه نسبتاً ثابت می‌باشند در حالیکه مناطق کویری به دلیل آنکه می‌توانند گرمای خود را به راحتی از طریق جو خشک زمین به خارج بتابانند، نوسانات زیادی را در دمای روزانه تجربه می‌کنند.

اثر گلخانه‌ای در بعضی از مصالح ساختمانی نیز وجود دارد.

شیشه‌ها (عناصر شفاف در پنجره‌ها و نورگیرها) تنوع گسترده‌ای از اهدف کنترل تابش را در ساختمان در برمی‌گیرند که شامل موارد زیر می‌باشد: وارد کردن نور، وارد کردن گرمای خورشید، امکان دید به داخل وخارج از ساختمان، جلوگیری از دفع حرارتی داخل ساختمان ویا هموار ساختن آن.

جابجایی هنگامی که یک ماده گرم می‌شود مولکولهای آن به سرعت حرکت می‌کنند.

به عنوان یک قانون کلی، مولکولها در عکس المعل به این فعالیت زیاد، خود را بیشتر و بیشتر این سو و آن سو پرتاب می‌کنند.

این عمل، منجر به نوعی حالت انبساط در ماده می‌شود.

جامدات ومایعات دچار افزایش حجم می‌شوند.

مایعات وگازها غلظت کمتری می‌یابند و در نتیجه نسبت به سیالات خنک مجاور خود، شناورتر می‌شوند.

جابجایی، انتقال گرما از طریق حرکت یک واسطه سیالی (مانند آب یا هوا) می‌باشد.

یکی از تفاوت‌های اساسی بین‌ هدایت و جابجایی، نوع حرکت مولکولی آنها می‌باشد.

در هدایت موقعیت خود ر تغییر نمی‌دهند بلکه به جای آن انرژی از مولکولی به مولکول دیگر با حالت رقص منتقل می‌شود.

در جابجایی هنگامی که سیال حرکت می‌کند انرژی از طریق جایگیری فیزیکی مجدد مولکولها منتقل می‌شود.

جابجایی طبیعی حرکت سیالی مورد نیاز برای جابجایی را می‌توان از طریق تفاوت خاصیت شناوری سیالات در نتیجه اختلاف دما بوجود آورد و این همان جابجایی طبیعی است.

جابجایی واداشته حرکت سیالی موردنیاز بری جابجایی را می‌توان بوسیله یک نیروی خارجی (مثل پنکه، پمپ ویا باد) ایجاد کرد که جابجایی واداشته نام دارد.

نفوذ نفوذ، نشت تصادفی هوای خارج به داخل ساختمان می‌باشد که منبع اصلی انتقال جابجایی گرما از طریق جداره ساختمان بوده وبدین لحاظ مورد توجه خاص طراحان می‌باشد.

تفوذ، ترکیبی ز جابجایی طبیعی و وادشته‌ می‌باشد.

تغییر حالت هنگامی که ماده‌ای تغییر حالت پیدا می‌کند (مثلاً از مایع به گاز تبدیل می‌شود)، مقدار زیادی گرما باید جذب (یا آزاد) شود تا این انتقال صورت گیرد.

از آنجا که تغییر حالت آب به بخار، عملی رایج‌ در محیطهای معماری می‌باشد و از آنجا که رفتار حرارتی آب بی‌نظیر است، این نوع تغییر حالت در اینجا به صورت حالتی از انتقال حرارت متمایز با هدایت، تابش و یا جابجایی مورد بررسی قرار می‌گیرد.

دمای خشک هوا اگر هوای یک اتاق کاملاً خشک باشد، می‌توان ویژگیهای حرارتی آن را با استفاده از یک دماسنج معمولی که دمای خشک آن را اندازه می‌گیرد بیان کرد.

این حالت در محیطهای واقعی تقریباً هیچگاه وجود ندارد چرا که همیشه مقداری رطوبت به شکل بخار آب در هوا وجود دارد.

مقدار بخار آب هوا تأثیر به سزایی بر آسایش حرارتی مخصوصاً درمحیطهای گرم دارد.

گرمای محسوس، گرمای نهان، آنتالپی گرمای محسوس، گرمای خشک هواست که با دمای خشک مرتبط می‌باشد.

گرمایی که یک کویل مشتعل در چراغ خوراک‌پزی به هوا می‌دهد، نمونه‌ای از این نوع گرماست.

گرمای نهان، گرمای رطوبت داری است که با تغییر حالت آب از مایع به بخار از طریق تبخیر یا جوش، آزاد می‌شوند.

بخار آبی که در اثر جوشیدن کتری بر روی چراغ خوراک‌پزی به هوا اضافه می‌شود، نمونه‌ای از گرمای نهان است.

این فرآیند، برگشت‌پذیر است زیرا هنگامی که رطوبت هوامیعان می‌شود، گرمای نهان آزاد می شود.

آنتالپی، مجموع گرمای نهان ومحسوس هوا می‌باشد وگاهی نیز گرمای مجموع نامیده می‌شود.

واحد گرمای محسوس، گرمای نهان و آنتالپی همگی یکی می‌باشد: (پوند هوای خشک) Btu.

دمای مرطوب هوا دمای مرطوب نوعی واحد اندازه‌گیری برای سنجش میزان بخار آب موجود در یک مخلوط بخار آب- هوا می‌باشد.

این دما با استفاده از دماسنجی دارای یک حباب مرطوب اندازه‌گیری می‌شود که جهت کمک به تبخیر به سرعت حرکت می‌کند.

اشباع در هر دما، بیشینه‌ای برای ضریب رطوبت وجود دارد که در آن دما مصداق پیدا می‌کند (به یاد داشته باشید که گنجایش هوا برای رطوبت همراه با دما افزایش می‌یابد).

این بیشینه، نقطه اشباع هوا می‌باشد.

رطوبت نسبی رطوبت نسبی، ضریب رطوبتی از هواست که به صورت درصد نقطه اشباع در آن دما بیان می‌شود.

برای مثال، ضریب رطوبت هوا در اتاقی 0111/0 و دمای خشک آن F ْ80 اندازه‌گیری شده است.

نقطه اشباع برای دمای F ْ80 برابر با 0222/0 می‌باشد و بیدن ترتیب ضریب رطوبت نسبی 50 درصد خواهد بود.

میعان هنگامی که هوای مرطوب خنک می‌شود جنبش مولکولها کمتر شده و به همدیگر نزدیکتر می‌شوند و ظرفیت هوا برای حفظ رطوبت، کاهش یافته و در نتیجه پدیده معیان اتفاق می‌افتد.

میعان، فرآیند تبدیل بخار به مایع از طریق گرفتن گرما از آن می‌باشد.

این حالت هنگامی اتفاق می‌افتد که گرمای محسوس کاهش یابد (دمای خشک کم شود) و در عین حال ضریب رطوبت ثابت نگه داشته شود.

نقطه شبنم نقطه شبنم، این دمای بحرانی است که در آن با کاهش دمای خشک هوای مرطوب، میعان رخ می‌دهد.

از آنجا که نقطه شبنم و نقطه اشباع بر روی نمودار سایکرومتریک اتفاق می‌افتند، اغلب با همدیگر اشتباه می‌شوند.

تفاوت آنها در این است که نقطه اشباع با یک دمای خشک خاص مرتبط است (و نشان دهنده میزان رطوبتی است که هوا در آن دما می‌تواند در خود نگه دارد) در حالیکه نقطه شبنم با یک ضریب رطوبت خاص مرتبط است (و نشان دهنده دمایی است که در آن، هوا با آن مقدار رطوبت شروع به میعان می‌کند).

متابولیسم مهمترین شیوه‌ای که بدن انسان از طریق آن گرماست بدست می‌آورد متابولیسم – تبدیل انرژی شیمیایی (غذا) به انرژی مکانیکی (کار) وحرارتی (گرما)- می‌باشد.

هر چه فعالیت بدن بیشتر باشد عمل متابولیسم نیز بیشتر انجام خواهد شد و عبارت دیگر؛ غذا سریعتر به کار وگرما تبدیل می‌شود.

پس هر چه سطح فعالیت بدن بیشتر باشد گرمای بیشتری باید از بدن خارج شود تا دمای درونی آن ثابت نگه داشته شود.

انتقال گرما در بدن از آنجا که دمای داخلی بدن همیشه باید ثابت نگه داشته شود گرمای تولید شده از طریق متابولیسم باید از طریق سطح پوست و تنفس به محیط اطراف باز گردد.

این عمل از طریق ترکیبی از جابجایی، تابش، هدایت وتبخیر انجام می‌شود.

جابجایی هنگامی که هوای سرد اطراف به سطح پوست برخورد می‌کند پوست از طریق جابجایی خنک می‌شود.

هر چه اختلاف دما بیشتر باشد (هوا خنکتر شود)، این انتقال بیشتر خواهد بود.

هنگامی که دمای هوا افزایش می‌یابد بدن شروع به دریافت گرما از محیط می‌کند.

سرعت افت حرارت از طریق جابجایی نیز تحت تأثیر سرعت حرکت هوا بر روی سطح بدن قرار دارد.

تابش پوست، همچنین می‌تواند از طریق تابش، گرما را به سطوح اطراف خود باز گرداند.

از آنجا که امواج تابشی تنها درخطی مستقیم سیر می‌کنند تنها سطوحی که در مقابل پوست قرار گرفته‌اند تحت تأثیر این امواج قرار می‌گیرند.

تبخیر روش سومی که بدن از طریق آن حرارت خود را دفع کرده و به محیط اطراف می‌دهد تبخیر می‌باشد.

هنگامی که دمای هوا و سطوح اطراف افزایش می‌یابد (یا فعالیت بدن افزایش پیدا می‌کند) حفظ تعادل گرمایی تنها از طریق جابجایی وتابش، برای بدن بسیار دشوار خواهد بود.

وقتی دمای پوست بدن افزایش می‌یابد تعرق بدن نیز افزایش یافته و پوست تنها از طریق تبخیر خنک می‌شود.

هدایت هدایت، در شرایطی معین شیوه‌ای بسیار مهم در دفع حرارت از بدن می‌باشد.

با این حال در محیطهای معمول معماری تماس مستقیم با سطوح گرم یا سطوح گرم یا سرد بسیار محدود بوده وتأثیر کلی آ بر رفع حرارت بدن بسیار ناچیز می‌باشد.

آسایش حرارتی آسایش حرارتی یک حالت خوشایند درونی است که شرایط و عوامل فردی و نیز مجموعه‌ای از عوامل مرتبط باهم می‌توانند آنرا می‌توانند آنرا تغییر دهند.

انجمن «اَشری»، آسایش حرارتی را اینگونه تعریف می‌کند: «شرایطی درونی که در آن رضایت انسان از محیط حرارتی حاصل می‌شود».

در مجموع، شش عامل اصلی وجود دارد که آسایش حرارتی را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

دمای هوا، رطوبت، دمای سطح و جابجایی هوا از جمله شرایط محیط هستند که معماری می‌تواند با تدبیر خود آنها را تحت تأثیر قرار دهد؛ فعایلت بدن وپوشش آن نیز عوامل دیگری هستند که توسط ساکنین تعریف می‌شوند.

هر کدام از این عوانل تأثیرات شگرفی بر شیوه انتقال حرارت در بدن خواهند داشت.

شرایط محیطی دمای هوا تنها بر انتقال گرمای بدن از طریق جابجایی تأثیر می‌گذارد و در دماهای داخل حوزه آسایش و یا پایین‌تر از آن که اختلاف دما با پوست از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است، مهمترین عامل در آسایش حرارتی می‌باشد.

رطوبت نیز تنها بر دفع گرمای بدن از طریق تبخیر تأثیر می‌گذارد و در دماهای زیاد هوا و سطوح که کارآیی انتقال گرما از طریق تابش وجابجایی کاهش کی‌یابد (به دلیل پایین بودن اختلاف دمای بین پوست وهوای اطراف وسطوح)، مهمترین عامل در آسایش حرارتی خواهدبود.

دمای مؤثر یکی از پراستفاده‌ترین واحدهای سنجش محیط حرارتی، دمای موثر (ET) می‌باشد.

این دما، ترکیبی از تأثیرات دمای هوا وروطبت را بر آسایش درنظر می‌گیرد.با افزایش دما، تأثیر رطوبت برآسایش اهمیت می‌یابد.

جابجایی هوا با افزایش جابجایی هوا، دفع گرما از طریق جابجایی نیز بیشتر می‌شود زیرا در این حالت، هوای گرمتر واقع در مجاورت پوست با سرعت بیشتری نسبت به شرایط طبیعی و راکد هوا، توسط هوای سردتر جابجا می‌شود.

دفع حرارت از طریق جابجایی، زمانی که اختلاف دمای هوا و پوست در بیشترین حد خود باشد (یعنی فصول سرد سال) بسیار اهمیت می‌یابد.

استدلال می کنند که با افزایش جابجایی هوا، اکثر مردم حتی در رطوبت‌های نسبی بالا ویکنواخت نیز احساس آسایش می‌کنند.

این مسئله نشان می‌دهد که می‌توان در محدوده‌هایی بسیار فراتر از آنچه که استانداردهای فعلی برای دمای هوا و رطوبت در نظر می‌گیرند تنها با افزایش جابجایی هوا وبدون استفاده از تهویه مکانیکی هوا به آسایش دست یافت.

عوامل انسانی پوشش بدن وفعالیت آن از جمله عواملی هستند که توسط خود ساکنین تعریف می‌شوند و معمولاً در ورای نظارت طراح قرار دارند.

با این حال از آنجا که این عوامل، آسایش حرارتی را تحت تأثیر قرار می‌دهند تأثیر غیرمستقیمی نیز بر تصمیمات طراحی می‌گذارند.

جدول : مقدار کلو برای لباسهای مختلف مردانه پوشاک دراطراف بدن به صورت یک لایه عایق عمل می‌کند و از طریق جابجایی (با ایجاد لایه‌ای از هوای محبوس و عایق ساز)، تابش (گرمای بدن به تابش به جای سطوح خارجی اطراف، به سطح پوشاک می‌تابد) و تبخیر ( جابجایی هوا بر روی پوست کاهش می‌یابد و بسته به نوع پوشاک، عرق می‌تواند بر روی پوست محبوس شده ویا از بدن رانده شود) بر انتقال حرارتی تأثیر می‌گذارد.

«کلو» (clo).

فعالیت اب افزایش فعالیت بدن، تولید متابولیک گرما نیز افزایش می‌یابد.

سرعت متابولیسم با واحدهای متابولیکی یا «مت» (Met) اندازه‌گیری می‌شود.

یک مت (Met) برابر با Btu/h.Ft24/18 می‌باشد وبرابر با میزان انرژی کلی در واحد سطح است که توسط یک انسان بالغ نسشته و در حال استراحت ایجاد می‌شود.

گرمای مجموع برای یک انسان بالغ در حدود Btu/h 400 می‌باشد.

سرعت متابولیک یک انسان با سطح فعالیت جسمانی او افزایش می‌یابد و تا بیشینه‌ای در حدود But/h2000 برای یک فعالیت مشخص می‌رسد.

ویژگیهای طبیعی سایت نظیر شکل زمین، گیاهان و آب می‌توان در جهت تأثیرگذاری بر دما، نور خورشید، رطوبت و شرایط باد در ان سایت بهره برد.

اقلیم را در دو مقیاس کلی می‌توان مورد تجزیه و تحلیل قرار داد: مقیاس کلان (مقیاس منطقه‌ای با مساحتی بالغ بر صدها مایل مربع) و مقیاس یک سایت).

در مقیاس خرد، عوامل زیادی درجهت تغییر شرایط اقلیمی عمل می‌کنند که ایستگاههای هواشناسی آنها را ثبت می‌کنند.

ارتفاع از سطح دریا به عنوان یک اصل تجربی با افزایش ارتفاع از سطح دریا، دمای هوا کاهش می‌یابد.

با هر 330 پا افزایش ارتفاع از سطح دریا در تابستان، دما F ْ1 کاهش می‌یابد و با هر 400 پا افزایش ارتفاع از سطح دریا زمستان، دما به همین مقدار کاهش می‌یابد.

هوای خنک، سنگین‌تر ازهوای گرم است و در شب، انجام تابش از زمین به آسمان باعث می‌شود لایه‌ای از هوای سرد در نزدیکی زمین شکل گیرد.

این لایه هوای سرد تمایل دارد همانند آب به سمت ارتفاعات پایین‌تر سرازیر شود.

نزدیکی به آب تأثیر مقادیر زیاد آب در پایدار ساختن نوسانات دما قابل توجه می‌باشد.

این حجم آب باعث افزایش دماهای کمینه در زمستان وکاهش دماهای بیشینه در تابستان می‌شود.

عمق خاک جرم خاک، یک واسطه گرمایی تقریباً نامحدود برای ذخیره سازی گرما می‌باشد.

خاک، نوسانات دمای سطح را به تأخیر انداخته و ان را کاهش می‌دهد.

در عمق چند اینچی خاک، نوسانات روزانه دما محو می‌شوند در حالیکه دراعماق پایین‌تر از 20 پا، دما در میانگین سالانه دمای سطح ثابت می‌ماند.

پوشش زمین نوع پوشش زمین در یک محل می‌تواند تأثیری شگرف بر مقدار دما داشته باشد.

گیاهان طبیعی تمایل دارند که دماهای بیشینه وکمینه را متعادل سازند.

برخلاف آن، سطوح غیرطبیعی در جهت افزایش دمای هوا عمل می‌کنند چرا که مواد غیر طبیعی معمولاً هم جذب کننده گرما و هم انتقال دهنده آن از طریق هدایت می‌باشند.

رطوبت در مقیاس خرد ارتفاع از سطح دریا بر دمای هوا تأثیر می‌گذارند.

هنگامی که هوا بالا می‌رود حجم آن افزایش یافته و دمای آن با سرعت 1 درجه سانتیگراد در هر 100 متر اختلاف ارتفاع از سطح دریا کاهش می‌یابد.

رطوبت، بارنگی وسبزینگی گیاهان همانقدر که بر دما، نحوه تابش خورشید و باد تأثیر می‌گذارند بر رطوبت جو نیز اثر می‌گذارند.

یک ساختمان خورشیدی ایستا با سیستم جذب مستقیم، دارای پنجره‌هایی روبه جنوب می‌باشد که نور خورشید زمستانی را مستقیاً به داخل فضاهای مسکونی هدایت می‌کند.

این نوع جذب خورشیدی یا قسمتی از نیازهای گرمایشی جاری ساختمان را برآورده می‌سازد و یا در جرم حرارتی ذخیره می‌شود تا نیازهای گرمایشی آتی را برطرف کند.

اغلب ساختمانهای جذب مستقیم اجزاء زیر را در خود دارند: 1- پنجره‌های بزرگ رو به جنوب برای هدایت نور خورشید زمستان به داخل ساختمان.

2- جرم حرارتی در داخل جداره‌ای از عایق برای کاهش نوسانات دما.

3- پیش آمدگی محاسبه شده در بالای شیشه‌های جنوبی (یا راه‌حل دیگری) برای سایه‌اندازی شیشه‌ها در تابستان و در عین حال هدایت اشعه‌های کم- زاویه خورشید زمستان به داخل.

4- وسیله‌ای برای کاهش دفع گرما در شب (عایق‌شبانه).

در یک ساختمانی جذب مستقیم، نور خورشید مستقیماً از طریق شیشه‌های رو به جنوب به داخل هدایت می‌شود.

این نور به سطوح حجیم داخلی (معمولاً کف بتونی و سطوح دیوار بنایی) برخورد کرده، جذب شده و تبدیل به گرما می‌شود.

قسمتی از این گرمای بلافاصله از سطح بهداخل اتاق برمی‌گردد (از طریق جابجایی و تابش).

بقیه گرمای جذب شده از طریق هدایت به جرم حرارتی منتقل می‌شود.

جرم حرارتی به تدریج گرم می‌شود و بعداً به هنگام شب، گرمای ذخیره شده را به داخل اتاق آزاد می‌کند.

از آنجا که شیشه نسبت به امواج دور از مادون قرمز، کدر می‌باشد این گرمای بازتابش شده از طریق اثر گلخانه‌ای محبوس می‌شود.

گرمایش خورشیدی ایستا: دیوار ذخیره‌ساز حرارتی ساختمانهای جذب مستقیم طوری طراحی می‌شوند که نور خورشید ابتدا مستقیماً به داخل فضا هدایت شده و سپس جذب سطوح حجیم شود.

به عبارت دیگر، فضای نشیمن، هم در مجاورت سطح جذب‌کننده و هم در مجاورت شیشه قرار می‌گیرد و بنابراین تابع تغییرات دمایی است که هر یک از این سطوح در طول روز و یا هنگام شب تجربه می‌کنند.

در سیستم دیوار ذخیره‌سازی حرارتی، یک جرم حرارتی بین شیشه و فضای نشیمن قرار می‌گیرد.

در این حالت، در طول روز لازم است که گرمای جذب شده بتواند از طریق تمامی جرم حرارتی منتقل شود.

این فرآیند، تمامی جرم حرارتی را گرم خواهد ساخت.

هنگام شب، جرم حرارتی همچون سپری از فضای نشیمن در برابر قرارگیری مستقیم در مقابل شیشه‌های سرد محافظت می‌کند.

یک دیوار ذخیره‌ساز حرارتی از اجزاء زیر تشکیل می‌شود: دیوار و یک شیشه بر روی سطح خارجی آن.

جرم زیاد دیوار، خود در جهت ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی عمل می‌کند و معمولاً یا از مصالح توپربنایی (دیوار ترومب) و یا از ظروف محتوی آب (دیوار آبی) ساخته می‌شود.

سیستم دیوار ترومب اولین بار «ادواردمورس» در 1885 استفاده از مصالح توپر را برای دیوارهای ذخیره‌ساز حرارتی در سیستمهای گرمایش خورشیدی ایستا پیشنهاد کرد.

اخیراً این سیستم‌ها در نتیجه تحقیقات «فلیکس ترومب» و «ژاک میشل» در خانه‌ای آزمایشی در «ادیلو» مورد استقبال قرار گرفته‌اند.

این سیستم‌ها معمولاً در ضلع شیشه‌‌دار خود دارای رنگ تیره می‌باشند تا بتوانند نور خورشید را جذب کنند.

در این سیستم‌ها گرما به کندی از طریق ضخامت دیوار هدایت می‌شود.

هرچه ضخامت مصالح بنایی بیشتر باشد، نوسانات دما در فضای نشیمن، کمتر و تأخیر در انتقال گرما از طریق دیوار، طولانی‌تر خواهد بود.

می‌توان ضخامت دیوار را طوری بهینه ساخت که حداکثر تأثیر گرمایشی آن به صورت قابل پیش‌بینی تا هنگام شب یعنی هنگامی که بیشترین مقدار گرمایش مورد نیاز است، به تأخیر افتد (مثلاً یک دیوار بنایی 12 اینچی می‌تواند گرمای خورشیدی ظهر را درست تا قبل از زمان خواب به تأخیر اندازد).

دیوار ترومب، عنصری ایده‌آل برای کامل نمودن سیستم جذب مستقیم می‌باشد؛ چرا که تأخیر در زمان انتقال گرما از این دیوار موجب خواهد شد گرما در فاصله زمانی بیشتری نسبت به حالت جذب مستقیم از طریق پنجره‌ها، در فضا آزاد شود.

نتیجه حاصل از این امر، جریان یکنواخت گرمای خورشیدی به داخل فضا می‌باشد.

سیستم‌های دیوار آبی دیوارهای ترومب و دیوارهای آبی، هر دو گرما را به شیوه‌ای مشابه جمع‌آوری و ذخیره می‌کنند، بجز در یک مورد: دیوارهای آبی، گرما را در نتیجه جریان جابجایی آب از طریق دیوار انتقال می‌دهند، در حالیکه دیوارهای ترومب گرما در نتیجه هدایت از طریق ضخامت مصالح عبور می‌دهند.

آب در نتیجه این جریان جابجایی به طور یکنواخت در ظرف مخلوط می‌شود، طوریکه دما از یک ضلع تا ضلع دیگر دیوار تقریباً ثابت است (گرچه ممکن است از بالا تا پایین ظرف، اختلاف دما وجود داشته باشد).

این خاصیت باعث می‌شود تأثیر گرمای جذب شده در ضلع خورشیدی ظرف محتوی آب، تقریباً بلافاصله در ضلع رو به اتاق ظرف احساس شود.

به عبارت دیگر، در این دیوارها در مقایسه با دیوار ترومب تقریباً هیچ تأخیر زمانی وجود نخواهد داشت با این حال، از آنجا که گرمای جذب شده می‌بایست دمای تمامی ظرف محتوی آب را افزایش دهد، دمای سمت اتاق ظرف کاملاً پایدار می‌ماند.

نوسانات روزانه دما در این دیوارها درست همانند دیوار ترومب، در مقایسه با سیستم‌های جذب مستقیم کاهش می‌یابد.

آب، به دلیل ظرفیت گرمایی ویژه زیاد خود، یک واسطه بسیار مناسب در ذخیره‌سازی حرارتی به شمار می‌آید.

مقدار سالانه ذخیره گرما در یک دیوار آبی با ضخامت نصف یک دیوار ترومب توپر بتونی، مشابه می‌باشد؛ اگر چه شیوه انتقال گرما در آنها متفاوت است.

فاصله شیشه و دیوار: در سیستم‌های ترومب بی‌منفذ، فضای بین شیشه و دیوار بنایی چندان مهم نیست وتنها 1 اینچ کافی می‌باشد.

در سیستم‌های ترومب منفذدار، لزوم جریان نامحدود هوا نیازمند آن است که فاصله آنها حداقل 6 اینچ باشد.

فضای خورشیدی نوعی فضای جذب مستقیم است که در آن، گرما مستقیماً برای ثابت نگه‌داشتن دمای مورد نیاز برای عملکرد جانبی (مثل فضاهای نشمین غیراصلی) بکار می‌رود.

اما هدف فضای خورشیدی به عنوان یک سیستم گرمایش خورشیدی، انتقال گرما به اتاقهای مجاور می‌باشد.

این انتقال ممکن است به صورت هدایت، از طریق یک دیوار بنایی مشترک و نیز به صورت جابجایی طبیعی، از طریق بازشوها (درب، پنجره، و یا منافذ ویژه) در یک دیوار مشترک صورت گیرد.

در این مورد، فضای خورشیدی شبیه به یک دیوار ترومب می‌باشد.

اگر واسطه ذخیره‌سازی حرارتی در این سیستم، ظروف آب باشد دیوار مشترک عایق‌بندی می‌شود و گرما تنها از طریق جابجایی به داخل انتقال می‌یابد.

در این ترکیب، گاهی اوقات از یک پنکه برای کمک به انتقال گرما از طریق جابجایی بین فضای خورشیدی و اتاق‌های اطراف استفاده می‌شود.

هوا در یک سیستم گرنایش خورشیدی ایستا از نوع چرخه جابجایی هوا، معمولاً به وسیله یک جمع کننده خورشیدی شیشه‌ای که به طور شیبدار قرارگرفته واز فضاهای نشیمن جدا شده است، گرم می‌شود.

هنگامی که هوا گرم می‌شود از طریق جابجایی طبیعی بالا می‌رود و هوای سردی که از پایین جمع کننده به داخل کشیده شده است، جای آن را می‌گیرد.

برای انجام فرآیند ذخیره‌سازی حرارتی، می‌توان هوای گرم شده را در داخل یک بستر سنگی ذخیره ساز حرارتی (یا یک دال بتونی منفذدار در کف) به جریان انداخت.

در این حالت، گرما به سنگها منتقل می‌شود و در نتیجه، هوا خنک می‌شود.

این هوای سرد برای آنکه دوباره گرم شود بار دیگر به جمع کننده بازگردانده می‌شود.

برای انتقال گرکا از حالت ذخیره به داخل می بایست هوای خنک درون خانه در مسیر سنگها جریان یابد و در آنجا گرم شده واز طریق جابجایی طبیعی بالا بیاید تا اینکه وارد خانه شود.

از آنجا که جریان هوا در این سیستم تحت تأثیر جابجایی طبیعی قراردارد، قرارگیری عمودی عناصر برای عملکرد مناسب سیستم حساس می‌باشد.

جمع‌کننده نمی تواند در بالای محل ذخیره‌سازی حرارتی قرار گیرد و محل ذخیره‌سازی برای آنکه گرن شود، نمی‌تواند در بالای فضای نشیمن قرار گیرد؛ چرا که هوا همیشه هنگامی که گرم می‌شود به طرف بالا جریان پیدا می‌کند (زیرا هوا هنگامی گرم شدن، شناورتر از هوای سردتر مجاور خود می‌شود).

انواع سرمایش ایستا گرمایش خورشیدی ایستا، بنابر نوع کاربرد خود به بخش‌هایی تقسیم می‌شود.

از سوی دیگر، سرمایش ایستا را می‌توان به عنوان یک سری از حوزه‌های پژوهشی استنباط کرد که بر کاهنده‌ی اصلی گرما متمرکز می‌شود.

در عین حال که این طبقه‌بندی برای دانشمندان و مخترعان سودمند می‌باشد با این حال، برای طراحان و برنامه‌ریزان (و نویسندگانی که تلاش می‌کنند موارد استفاده آنها را تعریف کنند) یک منبع خنثی کننده می‌باشد، چرا که سیستم‌های بسیار زیادی با کاهنده‌های گرمایی چندگانه درگیر می‌باشند.

علی‌رغم این مسئله، تعریف زیر از سرمایش ایستا در فصل‌های ذیل مورد استفاده قرار خواهد گرفت.

ـ سرمایش از طریق تهویه : (1) تخلیه هوای گرم داخل ساختمان و تعویض آن با هوای خنکتر خارج، (2) هدایت هوای در حال حرکت به سمت پوست ساکنان تا با ترکیبی از جابجایی و تبخیر، بدن آنان را خنک سازد.

در کاربردهای ایستا، حرکت موردنیاز هوا یا به وسیله باد و یا با استفاده از اثر دودکشی تأمین می‌شود.

در کاربردهای هیبریدی (ترکیبی) می‌توان با استفاده از پنکه به حرکت هوا کمک نمود.