Burada her iki modelin temeli olan enerji denklemleri yazılarak, modellerin sundukları çözümler üzerinde durulacaktır.

5.1.1. KARARLI ANALİTİK ISIL KONFOR MODELİ: FANGER ISIL KONFOR DENKLEMİ

Bölüm 3.1. de verilen ve Şekil 5.1 de gösterilen, insan vücudu ile çevre arasındaki enerji transfer mekanizmalarını gözönüne alalım.

Eğer vücudu deri ile sınırlandırılmış tek bir sıcaklığa sahip bir kontrol hacmi olarak ele alırsak, kontrol yüzeyindeki işlemleri gözönüne alarak, enerjinin korunumu kanununu için aşağıdaki gibi yazabiliriz.

FANGER bu üç şartı ve ısı transferi mekanizmalarına ait akı denklemlerini (5.2) nolu denkleme dahil etmiş ve elde ettiği denklemi genel konfor eşitliği olarak önermiştir. FANGER'in genel konfor denklemi ve bu denklemdeki giysi sıcaklığı(TC1) ile taşınım ısı transfer katsayısı (hc) eşitlikleri Tablo 5.2'de verilmiştir. Konfor denklemi aşağıdaki (Tablo 5.1) değişkenleri içermektedir. Bu denklem ile verilen bir aktivite ve giysi türü için,kararlı koşullar altında insanın konforlu olduğu hava sıcaklığı, hava nemi, ortalama ışınım sıcaklığı ve izafi hava hızı değerlerinden birini diğerleri bilindiği taktirde hesaplamak mümkündür.

FANGER konfor eşitliği görüldüğü gibi oldukça karmaşıktır. Birçok iterasyonu içerdiğinden bilgisayar kullanımı dışındaki çözüm yöntemleri için uygun değildir. Bu denklemin kullanılmasıyla Fanger tarafından yapılan paramctrik çalışmaların bir kısım sonuçları Şekil 5.2, Şekil 5.3 ve Şekil 5.4'de Konfor Diagramları olarak verilmiştir. Bu konfor diagramlarının pratik kullanımına ait bir çalışma öreği 5. 1' de sunulmuştur.

ÖRNEK 5.1.

ÖRNEK : KONFOR SICAKLIĞININ FANGER KONFOR DİAGRAMLARIYLA BULUNMASI

Soru: Duvarları, tavanı ve tabanı iyi yalıtılmış bir konferans salonunda yaz şartlarında konfor sıcaklığının belirlenmesi

Parametre seçimleri:

Giysi türü: Giysi türü konfor sıcaklığını çok etkilemektedir.

Konferans salonunun kimler tarafında kullanılacağına dikkat edilmelidir. Bu konferans salonu hemen her zaman takım elbise giyen bir insan topluluğunun kullandığı bir salon olabileceği gibi, yaz şartlarında daha hafif giysiler giyen insanların büyük bir çoğunlukla kullanılabileceği bir konferans salonu olabilir. İlk durumda giysi türü orta giysiler (1 clo), ikinci durumda ise hafif giysiler (0.5 clo) olarak seçilmelidir. Her iki durum için de konfor sıcaklığı seçimi yapılacaktır.

Aktivite: Konferansı sunan dışında tüm dinleyiciler oturarak konferansı dinleyeceklerine göre çoğunluk için aktivite yavaş aktivite (1met) olarak seçilebilir.

İzafi hava hızı: Dinleyicilerin oturdukları seviyede 0.2 m/sn olarak seçmek uygundur.

Nem: Nem oranı %50 olarak seçilebilir.

Kabul: Konferans salonunu çevreleye yüzeyler iyi yalıtılmış olduğu için, iç yüzey sıcaklıkları ortalama hava sıcaklığına yakın olacaktır. Bu nedenle ortalama ışınım sıcaklığının hava sıcaklığına (kurutermometre) eşit olduğu kabulü yapılabilir.

5.1.2 KARARSIZ-ANALİTİK ISIL KONFOR MODELİ: GAGGE DENKLEMİ

Bu model vücudu iç bölge (core) ve deri bölgesi olmak üzere iki farklı sıcaklıkta tutulan bir ortam olarak kabul eder. İç bölge ve deri için ayrı ayrı enerji dengeleri kurulur.

Şekil 5.2'de görüldüğü üzere her iki eleman hem birbirleriyle hem de çevre ile enerji alışverişinde bulunmaktadırlar. Her elemanı bir kontrol hacmi olarak tanımlayıp enerjinin sakinimi kanununu, kararlı anolitik modeldekine benzer olarak, birim alan için aşağıdaki gibi uygulayabiliriz.

Kararlı modeldeki gibi, Ef=Ew ve Ci=0 alınarak (5.10) ve (5.11) denklemleri, kararsız-analitik ısıl konfor denklemleri (GAGGE Denklemleri) olarak;

İç Bölge için,

şeklinde yazılırlar. Bu denklemlerde SC1 ve SSK sırasıyla İç bölge ve deri bölgesi sıcaklıklarının zamanla değişimini içermektedirler.

Bu iki denklemi, ısı transferi mekanizmalarının akı denklemlerini yerine koyarak eş zamanlı olarak çözer-sck, iç bölge ve deri sıcaklıklarının zamanla değişimlerini izlemek olanağını buluruz.

GAGGE ısıl konfor denkleminin çözümü, FANGER denkleminden çok daha karmaşık olup, bilgisayar kullanımı dışında mümkün değildir. Bu model ile birlikte, deneysel çalışmalarla ortaya atılan efektif sıcaklık (ET*) ve çalışma sıcaklığa (To) indeksleri kullanılarak ısıl konfor bölgeleri tanımlanmıştır.

Efektif sıcak (ET*), hava sıcaklığı ve nemini içermektedir ve herhangi bir ortama olan ısı kaybına eşit ısı kaybının olduğu %50 nem ortamın sıcaklığı olarak tanımlanmıştır. Çalışma sıcaklığı To ise, ortalama ışınım sıcaklığı (Tmrt) ile hava sıcaklığının (Ta) ışınım ve taşınım ısı transfer katsayılara göre ağırlıklı ortalamasıdır. FANGER denkleminden çok fazla parametreyi içermesi nedeniyle, genel bir efektif sıcaklık grafiği geliştirmek mümkün değildir. ASHRAE Fundamentals (26)'dan alınan ve Standart Efektif Sıcaklık (SET) koşullarında (Tablo 5.3) hesaplanmış çözümler sonucu elde edilmiş ısıl konfor bölgesi, Şekil 5.3'de verilmiştir.

Şekil 5.3'de sıcaklık ekseni her ne kadar çalışma sıcaklığı olarak verilmişse de,bölgenin hesaplanmasında ortalama ışınım sıcaklığının tanımı (ASHRAE Fund. 1989, Chapler 8, Equation 7) göz önünde (utularak bu eksen hava sıcaklığı (kurutermometre) olarak değerlendirilebilir.

Burada bir kez daha belirtmeliyiz ki, Şekil 5.3'de belirtilen konfor bölgesi ancak standart efektif sıcaklık koşullarının söz konusu olduğu ortamlarda geçerlidir.

5.2. DENEYSEL ISIL KONEOR MODELLERİ

Isıl kor.lorun belirlenmesini amaçlayan modellerin detaylı olarak incelendiği SZOKOLAY'ın (2) makalesinde Tablo 5.4'de gösterilen çeşitli ısıl konfor indekslerinin tüketildiği birçok deneysel ısıl konfor modeli verilmekledir.

Bu modellerin bazıları tarafından geliştirilen efektif sıcaklık (ET) ve çalışma sıcaklığı (To) indeksleri, kararsız analitik ısıl konfor modeli içinde, daha da geliştirilmiş olarak kullanılmıştır. Bu bölümde SZOKOLAY'ın deneysel çalışmalar başlığı altında sıraladığı modeller, kendisinin de sonuçta önermcdiği için, verilmeyecektir. Burada ele alınacak modeller yine aynı makalede "Konforun Değişkenliği (Varibility of Comfort)" başlığı allında verilmiş bulunan HUMPHREY ve AULICIEMS'in çalışmalarıdır.

SZOKOLAY'm alan çalışmalarında elde edilmiş ııe-utral sıcaklıkların istatistik değerlendirilmesiyle ekle edilmiş bu eşitlikleri, neden deneysel modeller içine almadığı anlaşılamamıştır.

SZOKOLAY1, FANGER'in analitik modelinin bütün iklimler için giysi ve aklivileye bağlı olarak tek bir neutral sıcaklık değeri verdiğini belirterek, bunun, deneysel çalışmalar ile çeliştiğini belirtmektedir: FANGER denklemi yerel iklim sarılarım ve iklime uyumu göz önüne almamaktadır. Halbuki coğrafi konuma bağlı olarak neulral sıeaklıklıar 17°C ile 31°C arasında değişmekledir.

SZOKOLAY'ın makalesinde HUMPHREY'den alınan ve 60 tane çalışmanın verileri kullanılarak türetilmiş, üç deneysel konfor eşitliği vardır; HUMPHREY ısıtılmayan ve klinuılize edilmemiş yapılar için,

eşitliklerini vermiştir. Son iki eşitliğin korelasyon katsayıları sırasıyla 0.72 ve 0.88 dir. Aşağıdaki AULlCIEMS'in verdiği eşitlikteki gibi, bu eşitliklerde Tm göz önüne alınan aydaki ortalama dış hava sıcaklığı, Tn ise FANGER konfor denkleminin çözümünün karşılığı olan iç hacim neulral konfor sıcaklığıdır.

Üçüncü deneysel konfor denklemi ise 250.000 kişi ile yapılan 52 çalışmanın sonuçlarının analizi ile elde edilmiş her türlü yapı için geçerli AULICIEMS eşitliğidir.

Tn= 17.6+0.31 Tm (5.16)

Bu eşitliğin korelasyon katsayısı 0.88'dir ve

(Tn-2) iIe (Tn+2) (5.17)

aralığındaki sıcaklıklar yine kabul edilebilir sıcaklıklardır.

Görüldüğü üzere her üç eşitlik sadece dış hava sıcaklığını değişken olarak ele alan basil denklemlerdir. SZOKOLAY iç (asarım sıcaklığının AULICIEMS eşitliğine göre hesaplanmasını önermekledir. Bu esillik iklime uyum sağlamış. 1.2 mel değerindeki metabolizma hızına sahip normal giysili insanların 0.15 m/sn hava hızına sahip hacimler için geçerlidir. Ekle edilen Tn değeri diğer aklivileler, giysi türleri, hava hızları ve ortalama ısınım sıcaklıkları için düzeltilmelidir. SZOKOLAY'm bu önerisine göre. AULICIEMS eşitliğini, (5.7)'de verilen aralığın enerji tasarrufu açısından değerlendirilmesini de içeren bir terim ilave ederek 18.3°C

SZOKOLAY (2) önerisinde 0.15 m/sn'nin üzerindeki her 0.005 m/sn artım için Tn'e 0.6°C ilave öngörülmüştür. Ancak ASHRAE Konfor Standartına göre standart hız.lar, kış için 0.15 m/sn, soğutma sezonu için Vo = 0.25 m/sn alınmalıdır.

(5.18d) esilliğindeki Inclu normal giyim direncidir. Bu direnç için kesin bir değer verilmemiştir. Tahminimize göre yerci mevsimlik alışkanlıklara bağlı giysiler için tatmin edilebilecek direnç değerleri kullanılmalıdır.

Bu bölümde ısıl konfor modelleri olarak verdiğimiz analitik ve deneysel modeller, sonuç olarak, tasarımcının "iç tasarım sıcaklığını" belirlemesini sağlayan yöntemlerdir. Konfor-tasarım sıcaklığı hangi modele göre belirlenmiş olursa olsun, bir hacimde yaşayan insanların bir kısmı yaratılan ısıl çevreden tatmin olacaklar bir kısmı ise tatmin olmayacaklardır. Ayrıca hacim için de yasayan insanların yaratılan ısıl çevreyi değerlendirmeleri sayısal değil, niteliksel olacaktır: Çok sıcak, soğuk gibi.

Bir hacimde yaratılacak ısıl çevrenin o hacimde yaşayacak insanlar tarafından nasıl değerlendirileceğini ve yüzde kaçının ısıl çevreden tatmin olup olmayacağım tahmin için bir kısmı Tablo 5.4'de verilen, ısıl konfor-çevre indeksleri olarak anılan yapay parametreler tanımlanmıştır.

Psiko-fiziksel indeksler olarak adlandırılan (27) bu indekslerin en önemlileri FANGER ısıl konfor modeli ile birlikle sunulan Ortalama Isıl Konfor (Predicted Mean Vote-PMV) ve Isıl Tatminsizlik Yüzdesi (Predieted Precetage of Dissalisfied-PPD) indeksleri ile, GAGGE Modeli ile birlikte verilen Isıl Duyum (Thermal Sensation-TSENS) ve Isıl Konforsuzluk (Thermal Dıscomfort-DISC) indeksleridir (23,26). Bu indeksler bundan sonraki bölümde açıklanmışlardır.

AULICIEMS eşitliğine göre İzmir için neutral konfor sıcaklıkları.

Bir örnek olmak üzere, İzmir için üç yıllık (1987, 1989) aylık ortalama sıcaklıklarının ortalamasına göre iç tasarım neutral konfor sıcaklıkları, (5.18a-f) eşitlikleri kullanılarak hesaplanmış ve Tablo 5.5'de verilmiştir. Bu sıcaklıklar hesaplanırken DT5 hariç diğer düzeltme faktörleri sıfır alınmıştır. DT, için ilk kolondaki değerlerin hesaplanmasında ısıtma sezonunda (Kasım-Nisan) -2, soğutma sezonunda (Haziran-Eylül)+2, diğer aylarda O değerleri kullanılmıştır. İkinci kolondaki değerler hesaplanırken DT5 de sıfır alınmıştır.