میانگین دمای تابشی
میانگین دمای تابشی (انگلیسی: Mean radiant temperature؛ با سرواژه MRT) مفهومی است که برای سنجش کمّی تبادل گرمای تابشی میان انسان و محیط پیرامون او به‌کار می‌رود، با هدف درک تأثیر دمای سطوح بر آسایش شخصی و تنش گرمایی. میانگین دمای تابشی هم به‌صورت کیفی تعریف شده و هم برای محیط‌های درونی و بیرونی به‌صورت کمّی ارزیابی شده است.[۱][۲]
میانگین دمای تابشی به‌صورت دمای یکنواخت یک محفظهٔ فرضی تعریف می‌شود که در آن انتقال تابش گرمایی از بدن انسان برابر با انتقال گرمای تابشی در محفظهٔ واقعیِ ناهمگن است.[۳]
میانگین دمای تابشی مفهومی کاربردی است، زیرا تبادل خالص انرژی تابشی میان دو جسم تقریباً متناسب با حاصل‌ضرب اختلاف دمای آن‌ها در گسیلندگیِ آن‌ها (توانایی گسیل و جذب گرما) است. MRT در واقع میانگین وزنی مساحتیِ دمای همهٔ اجسام پیرامون بدن است. این مفهوم تا زمانی معنادار است که اختلاف دمای اجسام در مقایسه با دماهای مطلق آن‌ها کوچک باشد، به‌گونه‌ای که بتوان قانون اشتفان–بولتسمان را در بازهٔ دمایی موردنظر خطی‌سازی کرد.[۴]
میانگین دمای تابشی همچنین تأثیر زیادی بر شاخص‌های آسایش گرمایی مانند رأی میانگین پیش‌بینی‌شده (PMV) دارد.[۵]
آنچه در یک محیط ساخته‌شده از نظر آسایش گرمایی تجربه و احساس می‌شود، در کنار دیگر متغیرها، به دمای هوا و دمای سطوح آن فضا وابسته است که با میانگین دمای تابشی نمایش داده می‌شود. MRT خود تحت تأثیر عملکرد محفظه قرار دارد.[۶]
دمای مؤثر، که سنجه‌ای کاربردی‌تر برای آسایش گرمایی در یک ساختمان است، از دمای هوا، میانگین دمای تابشی و سرعت هوا محاسبه می‌شود.[۳] در ساختمان‌های اداریِ دارای تهویه مکانیکی، میانگین دمای تابشی معمولاً به دمای هوا نزدیک است و در شرایط معمول اداری، دمای هوا معمولاً برآورد کافی از میانگین دمای تابشی برای سنجش و کنترل آسایش گرمایی به‌دست می‌دهد.[۷]
در محیط‌های بیرونی، میانگین دمای تابشی هم از دمای هوا و هم از تابش گرمای جذب‌شده توسط مصالح به‌کاررفته در پیاده‌روها، خیابان‌ها و ساختمان‌ها تأثیر می‌پذیرد. پوشش گیاهی و فضای سبز، با ایجاد سایه و تقویت خنک‌سازی تبخیری، می‌تواند این تأثیر را کاهش دهد. میانگین دمای تابشیِ تجربه‌شده در فضای باز، بسته به شرایط محلی می‌تواند به‌شدت متفاوت باشد.
روش‌های برآورد
برای برآورد میانگین دمای تابشی دو رویکرد کلی وجود دارد: به‌کارگیری تعریف آن و محاسبه از طریق معادلات ریاضی، یا اندازه‌گیری آن با دماسنج‌ها و حسگرهای ویژه.[۸][۹]
از آنجا که مقدار گرمای تابشیِ ازدست‌رفته یا دریافت‌شده توسط بدن انسان، مجموع جبری همهٔ شارهای تابشی مبادله‌شده میان بخش‌های در معرض بدن و منابع پیرامون آن است، می‌توان MRT را از روی دمای اندازه‌گیری‌شدهٔ دیوارها و سطوح پیرامون و موقعیت آن‌ها نسبت به فرد محاسبه کرد. برای این کار لازم است این دماها و ضرایب زاویه‌ای میان فرد و سطوح پیرامون اندازه‌گیری شوند.[۳]
بیشتر مصالح ساختمانی گسیلندگیِ بالایی دارند، از این رو می‌توان همهٔ سطوح یک اتاق را سیاه فرض کرد. از آنجا که مجموع ضرایب زاویه‌ای برابر با یک است، توان چهارم MRT برابر است با میانگین وزنیِ توان چهارم دمای سطوح پیرامون، با وزن‌دهی بر پایهٔ ضرایب زاویه‌ای مربوط. در حالت‌هایی که اختلاف دمای نسبتاً کوچکی میان سطوح محفظه وجود دارد، می‌توان از فرمول ساده‌شده‌ای به‌صورت خطی استفاده کرد که معمولاً مقداری کمی پایین‌تر از مقدار واقعی MRT به‌دست می‌دهد، هرچند در بسیاری از موارد این تفاوت ناچیز است.[۳]
به‌طور کلی، تعیین ضرایب زاویه‌ای دشوار است و معمولاً به موقعیت و جهت‌گیری فرد بستگی دارد. افزون بر این، با افزایش شمار سطوح و پیچیدگی شکل آن‌ها، این روش پیچیده و زمان‌بر می‌شود و در حال حاضر راه مؤثری برای گردآوری این داده‌ها وجود ندارد. به همین دلیل، روش ساده‌تری برای تعیین MRT، اندازه‌گیری آن با دماسنج ویژه است.
دماسنج گوی سیاه
میانگین دمای تابشی را می‌توان با استفاده از یک دماسنج گوی سیاه برآورد کرد. این دماسنج از یک گوی سیاه تشکیل شده که در مرکز آن یک حسگر دما، مانند حباب دماسنج جیوه‌ای، یک ترموکوپل یا یک پراب مقاومتی، قرار داده شده است. این گوی از نظر نظری می‌تواند هر قطری داشته باشد، اما چون فرمول‌های به‌کاررفته در محاسبهٔ میانگین دمای تابشی به قطر گوی وابسته‌اند، معمولاً قطر ۱۵ سانتی‌متر (۶ اینچ) که برای این فرمول‌ها مشخص شده، توصیه می‌شود. هرچه قطر گوی کوچک‌تر باشد، تأثیر دمای هوا و سرعت هوا بیشتر می‌شود و در نتیجه دقت اندازه‌گیری میانگین دمای تابشی کاهش می‌یابد. برای اینکه سطح بیرونی گوی، تابش دیواره‌های محفظه را جذب کند، سطح آن تیره می‌شود، یا با پوششی الکتروشیمیایی یا معمولاً با لایه‌ای از رنگ سیاه مات.[۳]
این دماسنج در عمل دمای گوی (GT) را اندازه می‌گیرد که تحت تأثیر همرفت و تابش ناشی از منابع گرمایی گوناگون درون محفظه، به سمت تعادل گرمایی میل می‌کند. بر همین اساس، دانستن GT امکان تعیین میانگین دمای تابشی (MRT) را فراهم می‌کند.[۳]
اندازه‌گیری با این دماسنج تحت تأثیر حرکت هوا قرار می‌گیرد، زیرا GT اندازه‌گیری‌شده هم به همرفت و هم به انتقال تابشی بستگی دارد. با افزایش مؤثر اندازهٔ حباب دماسنج، ضریب انتقال همرفتی کاهش و تأثیر تابش به‌نسبت افزایش می‌یابد. به دلیل جریان‌های همرفتی محلی هوا، GT معمولاً میان دمای هوا و MRT قرار می‌گیرد؛ هرچه هوا با سرعت بیشتری از روی گوی عبور کند، GT به دمای هوا نزدیک‌تر می‌شود.
افزون بر این، از آنجا که MRT نسبت به بدن انسان تعریف می‌شود، شکل حسگر نیز عاملی مهم است. شکل کروی دماسنج گوی، تقریب معقولی از یک فرد نشسته به‌دست می‌دهد؛ اما برای افراد ایستاده، در محیطی با تابش ناهمگن، گوی تابش از کف یا سقف را بیش از واقع برآورد می‌کند، از این رو حسگری بیضی‌گون تقریب بهتری ارائه می‌دهد.[۱۰]
احتیاط‌های دیگری نیز هنگام استفاده از دماسنج گوی سیاه، بسته به شرایط اندازه‌گیری، باید رعایت شود؛ افزون بر آن، روش‌های اندازه‌گیری دیگری مانند رادیومتر دو-کره‌ای و حسگر دمای هوای ثابت نیز وجود دارند.[۳]
جستارهای وابسته
منابع
- ↑ Guo، Hongshan؛ Aviv، Dorit؛ Loyola، Mauricio؛ Teitelbaum، Eric؛ Houchois، Nicholas؛ Meggers، Forrest (۱ ژانویه ۲۰۲۰). «On the understanding of the mean radiant temperature within both the indoor and outdoor environment, a critical review». Renewable and Sustainable Energy Reviews. ۱۱۷: ۱۰۹۲۰۷. بیبکد:2020RSERv.11709207G. doi:10.1016/j.rser.2019.06.014. شاپا ۱۳۶۴-۰۳۲۱. S2CID 208834605.
{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - ↑ Di Napoli، Claudia؛ Hogan، Robin J.؛ Pappenberger، Florian (۱ ژوئیه ۲۰۲۰). «Mean radiant temperature from global-scale numerical weather prediction models». International Journal of Biometeorology. ۶۴ (۷): ۱۲۳۳–۱۲۴۵. بیبکد:2020IJBm...64.1233D. doi:10.1007/s00484-020-01900-5. شاپا ۱۴۳۲-۱۲۵۴. PMC 7295834. PMID 32274575.
{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - 1 2 3 4 5 6 7 «ISO 7726. Ergonomics of the thermal environment - Instruments for measuring physical quantities». Geneva, Switzerland: International Organization for Standardization. نوامبر ۱۹۹۸.
{{cite web}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - ↑ Xu، Zhanbo؛ Hu، Guoqiang؛ Spanos، Costas J.؛ Schiavon، Stefano (۲۰۱۷). «PMV-based event-triggered mechanism for building energy management under uncertainties». Energy and Buildings. ۱۵۲: ۷۳–۸۵. doi:10.1016/j.enbuild.2017.07.008.
{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - ↑ Fanger، P.O. (۱۹۷۰). Thermal Comfort: Analysis and Applications in Environmental Engineering. New York: McGraw Hill.
{{cite book}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - ↑ Athienitis، A. K.؛ Liu، C.؛ Hawes، D.؛ Banu، D.؛ Feldman، D. (۱۹۹۷-۰۹-۰۱). «Investigation of the thermal performance of a passive solar test-room with wall latent heat storage». Building and Environment. ۳۲ (۵): ۴۰۵–۴۱۰. doi:10.1016/S0360-1323(97)00009-7.
{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - ↑ Dawe، Megan؛ Raftery، Paul؛ Woolley، Jonathan؛ Schiavon، Stefano؛ Bauman، Fred (۲۰۲۰). «Comparison of mean radiant and air temperatures in mechanically-conditioned commercial buildings from over 200,000 field and laboratory measurements». Energy and Buildings. ۲۰۶: ۱۰۹۵۸۲. doi:10.1016/j.enbuild.2019.109582.
{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) نگهداری یادکرد:شماره مقاله به‌جای شماره صفحه (رده) - ↑ Krüger، E. L.؛ Minella، F. O.؛ Matzarakis، A. (۲۰۱۴-۱۰-۰۱). «Comparison of different methods of estimating the mean radiant temperature in outdoor thermal comfort studies». International Journal of Biometeorology. ۵۸ (۸): ۱۷۲۷–۱۷۳۷. doi:10.1007/s00484-013-0777-1. شاپا ۱۴۳۲-۱۲۵۴.
{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - ↑ Thorsson، Sofia؛ Lindberg، Fredrik؛ Eliasson، Ingegärd؛ Holmer، Björn (۲۰۰۷). «Different methods for estimating the mean radiant temperature in an outdoor urban setting». International Journal of Climatology. ۲۷ (۱۴): ۱۹۸۳–۱۹۹۳. doi:10.1002/joc.1537. شاپا ۱۰۹۷-۰۰۸۸.
{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده) - ↑ ۲۰۰۹ ASHRAE Handbook Fundamentals. Atlanta, GA: ASHRAE, Inc. ۲۰۰۹.
{{cite book}}: نگهداری یادکرد:تاریخ به‌طور خودکار ترجمه‌شده (رده)
- انتقال گرما
- دما