Kubadilishana kwa joto
Mwili wa binadamu hubadilishana joto na mazingira yake kwa njia mbalimbali: upitishaji katika nyuso katika kugusana nayo, upitishaji na uvukizi na hewa iliyoko, na mionzi na nyuso za jirani.
Masharti
Upitishaji ni upitishaji wa joto kati ya yabisi mbili zinazogusana. Kubadilishana vile kunazingatiwa kati ya ngozi na nguo, viatu, pointi za shinikizo (kiti, vipini), zana na kadhalika. Katika mazoezi, katika hesabu ya hisabati ya usawa wa joto, mtiririko huu wa joto kwa upitishaji unakadiriwa kwa njia isiyo ya moja kwa moja kama kiasi sawa na mtiririko wa joto kwa convection na mionzi ambayo ingefanyika ikiwa nyuso hizi hazikuwasiliana na vifaa vingine.
Uongofu
Convection ni uhamishaji wa joto kati ya ngozi na hewa inayoizunguka. Ikiwa joto la ngozi, tsk, katika vitengo vya nyuzijoto Selsiasi (°C), ni kubwa kuliko joto la hewa (ta), hewa inayogusana na ngozi huwashwa na kwa sababu hiyo huinuka. Mzunguko wa hewa, unaojulikana kama convection ya asili, kwa hivyo huanzishwa kwenye uso wa mwili. Kubadilishana huku kunakuwa kubwa zaidi ikiwa hewa iliyoko inapita juu ya ngozi kwa kasi fulani: convection inakuwa ya kulazimishwa. Mtiririko wa joto hubadilishwa na convection, C, kwa vitengo vya wati kwa kila mita ya mraba (W/m2), inaweza kukadiriwa na:
C = hc FclC (tsk - ta)
ambapo hc ni mgawo wa upitishaji (W/°C m2), ambayo ni kazi ya tofauti kati ya tsk na ta katika kesi ya convection ya asili, na kasi ya hewa Va (katika m/s) katika upitishaji wa kulazimishwa; FclC ni sababu ambayo nguo hupunguza kubadilishana joto la convection.
Mionzi
Kila mwili hutoa mionzi ya sumakuumeme, ambayo nguvu yake ni kazi ya nguvu ya nne ya joto lake kamili. T (katika digrii Kelvin—K). Ngozi, ambayo joto lake linaweza kuwa kati ya 30 na 35 ° C (303 na 308K), hutoa mionzi hiyo, ambayo iko katika eneo la infrared. Zaidi ya hayo, hupokea mionzi inayotolewa na nyuso za jirani. Mtiririko wa joto hubadilishwa na mionzi, R (katika W/m2), kati ya mwili na mazingira yake inaweza kuelezewa na usemi ufuatao:
ambapo:
s ni mara kwa mara ya mionzi ya ulimwengu wote (5.67 × 10-8 W/m2 K4)
e ni unyevu wa ngozi, ambayo, kwa mionzi ya infrared, ni sawa na 0.97 na huru ya urefu wa wimbi, na kwa mionzi ya jua ni karibu 0.5 kwa ngozi ya somo Nyeupe na 0.85 kwa ngozi ya somo Nyeusi.
AR/AD ni sehemu ya uso wa mwili inayoshiriki katika mabadiliko ya zamani, ambayo ni ya mpangilio wa 0.66, 0.70 au 0.77, kulingana na kama mhusika amejikunyata, ameketi au amesimama.
FclR ni sababu ambayo nguo hupunguza kubadilishana joto la mionzi
Tsk (katika K) ni joto la wastani la ngozi
Tr (katika K) ni halijoto ya wastani ya kung’aa ya mazingira—yaani, halijoto sare ya tufe la mkeka mweusi wa kipenyo kikubwa ambacho kingezunguka mada na kubadilishana nacho kiasi sawa cha joto na mazingira halisi.
Usemi huu unaweza kubadilishwa na mlinganyo uliorahisishwa wa aina sawa na ule wa kubadilishana kwa upitishaji:
R = hr (AR/ADFclR (tsk - tr)
ambapo hr ni mgawo wa kubadilishana kwa mionzi (W/°C m2).
Uvukizi
Kila uso wa mvua una safu ya hewa iliyojaa mvuke wa maji juu yake. Ikiwa angahewa yenyewe haijajaa, mvuke huenea kutoka kwenye safu hii kuelekea anga. Kisha safu huwa na kuzaliwa upya kwa kuchora kwenye joto la uvukizi (saa 0.674 Watt kwa kila gramu ya maji) kwenye uso wa mvua, ambao hupoa. Ikiwa ngozi imefunikwa kabisa na jasho, uvukizi ni wa juu zaidi (Emax) na inategemea tu hali ya mazingira, kulingana na usemi ufuatao:
Emax =he Fpcl (Psk,s - Uka)
ambapo:
he ni mgawo wa kubadilishana kwa uvukizi (W/m2kPa)
Psk,s ni shinikizo lililojaa la mvuke wa maji kwenye joto la ngozi (linaloonyeshwa katika kPa)
Pa ni shinikizo la sehemu iliyoko la mvuke wa maji (iliyoonyeshwa katika kPa)
Fpcl ni sababu ya kupunguza kubadilishana kwa uvukizi kutokana na nguo.
Insulation ya joto ya nguo
Kipengele cha kusahihisha hufanya kazi katika hesabu ya mtiririko wa joto kwa convection, mionzi na uvukizi ili kuzingatia nguo. Katika kesi ya nguo za pamba, sababu mbili za kupunguza FclC na FclR inaweza kuamuliwa na:
Fcl = 1/(1+(hc+hr)Icl)
ambapo:
hc ni mgawo wa kubadilishana kwa convection
hr ni mgawo wa kubadilishana kwa mionzi
Icl ni kutengwa kwa ufanisi kwa mafuta (m2/W) ya nguo.
Kwa upande wa upunguzaji wa uhamishaji joto kwa uvukizi, sababu ya kusahihisha Fpcl inatolewa na usemi ufuatao:
Fpcl = 1/(1+2.22hc Icl)
Insulation ya joto ya nguo Icl imeonyeshwa katika m2/W au karibu. Insulation ya 1 clo inalingana na 0.155 m2/W na hutolewa, kwa mfano, kwa kuvaa kawaida kwa mji (shati, tie, suruali, koti, nk).
Kiwango cha ISO 9920 (1994) kinatoa insulation ya mafuta inayotolewa na mchanganyiko tofauti wa nguo. Katika kesi ya mavazi maalum ya kinga ambayo yanaonyesha joto au mipaka ya upenyezaji wa mvuke chini ya hali ya mfiduo wa joto, au kunyonya na kuhami chini ya hali ya mkazo wa baridi, vipengele vya marekebisho ya mtu binafsi lazima kutumika. Hadi sasa, hata hivyo, tatizo bado linaeleweka vibaya na utabiri wa hisabati unabaki kuwa wa takriban.
Tathmini ya Vigezo vya Msingi vya Hali ya Kazi
Kama inavyoonekana hapo juu, ubadilishanaji wa mafuta kwa njia ya kupitisha, mionzi na uvukizi ni kazi ya vigezo vinne vya hali ya hewa-joto la hewa. ta katika °C, unyevu wa hewa unaoonyeshwa na shinikizo la sehemu ya mvuke Pa katika kPa, wastani wa joto la mng'ao tr katika °C, na kasi ya hewa Va katika m/s. Vifaa na mbinu za kupima vigezo hivi halisi vya mazingira ni mada ya kiwango cha ISO 7726 (1985), ambacho hufafanua aina mbalimbali za vitambuzi vya kutumia, kubainisha aina mbalimbali za vipimo vyake na usahihi wake, na kupendekeza taratibu fulani za kipimo. Sehemu hii ni muhtasari wa sehemu ya data ya kiwango hicho, kwa kurejelea hasa masharti ya matumizi ya vifaa na vifaa vya kawaida.
Joto la hewa
Joto la hewa (ta) lazima kupimwa bila mionzi yoyote ya joto; usahihi wa kipimo unapaswa kuwa ±0.2ºC ndani ya safu ya 10 hadi 30ºC, na ±0.5 °C nje ya safu hiyo.
Kuna aina nyingi za vipima joto kwenye soko. Vipimajoto vya zebaki ndivyo vinavyojulikana zaidi. Faida yao ni usahihi, mradi tu yamesawazishwa kwa usahihi awali. Hasara zao kuu ni muda wao mrefu wa kujibu na ukosefu wa uwezo wa kurekodi kiotomatiki. Vipimajoto vya kielektroniki, kwa upande mwingine, kwa ujumla vina muda mfupi sana wa kujibu (sekunde 5 hadi dakika 1) lakini vinaweza kuwa na matatizo ya urekebishaji.
Chochote aina ya thermometer, sensor lazima ihifadhiwe dhidi ya mionzi. Hii kwa ujumla inahakikishwa na silinda tupu ya alumini inayong'aa inayozunguka kihisi. Ulinzi huo unahakikishwa na psychrometer, ambayo itatajwa katika sehemu inayofuata.
Shinikizo la sehemu ya mvuke wa maji
Unyevu wa hewa unaweza kutambuliwa kwa njia nne tofauti:
1. ya halijoto ya umande: joto ambalo hewa inapaswa kupozwa ili kujazwa na unyevu (td°C)
2. ya shinikizo la sehemu ya mvuke wa maji: sehemu ya shinikizo la anga kutokana na mvuke wa maji (PakPa)
3. unyevu wa jamaa (RH), ambayo imetolewa na usemi:
RH = 100·Pa/PS,ta
ambapo PS,ta ni shinikizo la mvuke iliyojaa inayohusishwa na joto la hewa
4. ya joto la balbu ya mvua (tw), ambayo ni halijoto ya chini kabisa inayofikiwa na mkono wa mvua unaolindwa dhidi ya mionzi na inayopitisha hewa kwa zaidi ya 2 m/s na hewa iliyoko.
Maadili haya yote yameunganishwa kimahesabu.
Shinikizo la mvuke wa maji ulijaa PS,t kwa joto lolote t inatolewa na:
wakati shinikizo la sehemu ya mvuke wa maji limeunganishwa na halijoto kwa:
Pa = PS,tw - (ta - tw)/15
ambapo PS,tw ni shinikizo la mvuke uliyojaa kwenye joto la balbu mvua.
Mchoro wa kisaikolojia (takwimu 1) inaruhusu maadili haya yote kuunganishwa. Inajumuisha:
Kielelezo 1. Mchoro wa Psychrometric.
- katika y mhimili, kiwango cha shinikizo la sehemu ya mvuke wa maji Pa, iliyoonyeshwa katika kPa
- katika x mhimili, kiwango cha joto la hewa
- curves ya unyevu wa jamaa mara kwa mara
- mistari ya oblique ya moja kwa moja ya joto la balbu la mvua mara kwa mara.
- Vigezo vya unyevu hutumiwa mara nyingi katika mazoezi ni:
- unyevu wa jamaa, unaopimwa kwa njia ya hygrometers au vifaa maalum vya elektroniki
- joto la balbu la mvua, lililopimwa kwa njia ya psychrometer; kutokana na hili hutokana na shinikizo la sehemu ya mvuke wa maji, ambayo ni parameta inayotumiwa zaidi katika kuchambua usawa wa joto.
Aina mbalimbali za kipimo na usahihi unaopendekezwa ni 0.5 hadi 6 kPa na ± 0.15 kPa. Kwa kipimo cha halijoto ya balbu ya mvua, safu huanzia 0 hadi 36ºC, kwa usahihi sawa na ule wa joto la hewa. Kwa upande wa hygrometers za kupima unyevu wa jamaa, safu huanzia 0 hadi 100%, kwa usahihi wa ± 5%.
Wastani wa halijoto ya kung'aa
Kiwango cha joto cha wastani (tr) imefafanuliwa hapo awali; inaweza kuamua kwa njia tatu tofauti:
1. kutoka kwa halijoto iliyopimwa na kipimajoto cha duara nyeusi
2. kutoka kwa halijoto ya kung'aa ya ndege iliyopimwa pamoja na shoka tatu za pembeni
3. kwa hesabu, kuunganisha athari za vyanzo mbalimbali vya mionzi.
Mbinu ya kwanza pekee ndiyo itakaguliwa hapa.
Kipimajoto cheusi cha duara cheusi kina uchunguzi wa joto, kipengele nyeti ambacho kimewekwa katikati ya tufe iliyofungwa kabisa, iliyotengenezwa kwa chuma ambacho ni kondakta mzuri wa joto (shaba) na kupakwa rangi ya matt nyeusi ili kuwa na mgawo. ya kunyonya katika eneo la infrared karibu na 1.0. Tufe imewekwa mahali pa kazi na inakabiliwa na kubadilishana kwa convection na mionzi. Hali ya joto duniani (tg) basi inategemea joto la wastani la mng'aro, joto la hewa na kasi ya hewa.
Kwa dunia nyeusi ya kawaida ya kipenyo cha cm 15, wastani wa joto la mionzi inaweza kuhesabiwa kutoka kwa joto la dunia kwa msingi wa maneno yafuatayo:
Kwa mazoezi, hitaji lazima lisisitizwe ili kudumisha hali ya hewa chafu karibu na 1.0 kwa kuipaka upya kwa uangalifu matt nyeusi.
Kizuizi kikuu cha aina hii ya ulimwengu ni wakati wake wa mwitikio mrefu (wa mpangilio wa dakika 20 hadi 30, kulingana na aina ya globu inayotumiwa na hali ya mazingira). Kipimo ni halali tu ikiwa hali ya mionzi ni mara kwa mara katika kipindi hiki cha wakati, na hii sio wakati wote katika mazingira ya viwanda; kipimo basi si sahihi. Nyakati hizi za majibu hutumika kwa globu zenye kipenyo cha sentimita 15, kwa kutumia vipimajoto vya kawaida vya zebaki. Wao ni mfupi zaidi ikiwa vitambuzi vya uwezo mdogo wa joto hutumiwa au ikiwa kipenyo cha dunia kimepunguzwa. Kwa hivyo equation hapo juu lazima irekebishwe ili kuzingatia tofauti hii ya kipenyo.
Fahirisi ya WBGT hutumia moja kwa moja halijoto ya dunia nyeusi. Kisha ni muhimu kutumia kipenyo cha 15 cm. Kwa upande mwingine, fahirisi zingine hutumia wastani wa halijoto ya kung'aa. Globu ndogo inaweza kisha kuchaguliwa ili kupunguza muda wa kujibu, mradi tu mlinganyo ulio hapo juu urekebishwe ili kuuzingatia. Kiwango cha ISO 7726 (1985) kinaruhusu usahihi wa ±2ºC katika kipimo cha tr kati ya 10 na 40ºC, na ±5ºC nje ya safu hiyo.
Kasi ya hewa
Kasi ya hewa lazima ipimwe bila kuzingatia mwelekeo wa mtiririko wa hewa. Vinginevyo, kipimo lazima kifanyike kwa shoka tatu za perpendicular (x, y na z) na kasi ya kimataifa inayokokotolewa na majumuisho ya vekta:
Vipimo mbalimbali vinavyopendekezwa na kiwango cha ISO 7726 huanzia 0.05 hadi 2 m/s Usahihi unaohitajika ni 5%. Inapaswa kupimwa kama thamani ya wastani ya dakika 1- au 3.
Kuna aina mbili za vifaa vya kupima kasi ya hewa ya jiji: anemomita zilizo na vanes, na anemomita za joto.
Anemometers ya Vane
Kipimo kinafanywa kwa kuhesabu idadi ya zamu zilizofanywa na vanes katika kipindi fulani cha muda. Kwa njia hii kasi ya wastani katika kipindi hicho cha wakati hupatikana kwa njia isiyoendelea. Anemometers hizi zina hasara kuu mbili:
- Wao ni mwelekeo sana na wanapaswa kuelekezwa madhubuti katika mwelekeo wa mtiririko wa hewa. Wakati hii ni wazi au haijulikani, vipimo vinapaswa kuchukuliwa katika pande tatu kwa pembe za kulia.
- Upeo wa kipimo hutoka karibu 0.3 m / s hadi 10 m / s. Kizuizi hiki kwa kasi ya chini ni muhimu wakati, kwa mfano, ni suala la kuchambua hali ya faraja ya joto ambapo inashauriwa kwa ujumla kuwa kasi ya 0.25 m / s haipaswi kuzidi. Ingawa kipimo kinaweza kupanuka zaidi ya 10 m/s, ni vigumu kushuka chini ya 0.3 au hata 0.5 m/s, ambayo inazuia sana uwezekano wa matumizi katika mazingira yaliyo karibu na faraja, ambapo kasi ya juu inayoruhusiwa ni 0.5 au hata 0.25 m/ s.
Anemometers za waya za moto
Vifaa hivi kwa kweli vinakamilishana na anemomita za vane kwa maana ya kwamba masafa yao yanayobadilika huenea kimsingi kutoka 0 hadi 1 m/s. Ni vifaa vinavyotoa makadirio ya papo hapo ya kasi katika sehemu moja ya nafasi: kwa hiyo ni muhimu kutumia maadili ya wastani kwa wakati na nafasi. Vifaa hivi pia mara nyingi vina mwelekeo sana, na maoni hapo juu pia yanatumika. Hatimaye, kipimo ni sahihi tu tangu wakati hali ya joto ya kifaa imefikia ile ya mazingira ya kutathminiwa.