اقلیم و معماری

فصل اول: شناخت عناصر اقلیمی

مقدمه

اقلیم تا آنجا که به آسایش مربوط می شود، نتیجه           ی تأثیر متقابل عناصری چون تابش آفتاب، دما و رطوبت هوا، وزش باد و میزان بارندگی است. در این فصل تلاش شده در مورد عواملی که به انسان و معماری مربوط می شود، توضیح داده شود.

 

تابش آفتاب

«آفتاب» پرتویی الکترومغناطیسی است که از خورشید ساطع می شود. این پرتو دارای طول موج های مختلفی بین 28/0 تا 3 میکرون است. طیف نور خورشید، به طور گسترده به سه قسمت فرابنفش، قابل رؤیت و فرو قرمز تقسیم می شود. طول موج پرتو فرا بنفش 28/0 تا 4/0 میکرون، پرتو قابل رؤیت 4/0 تا 7/0 میکرون و طول موج پرتو فرو قرمز، بلندتر از 76/0 میکرون است.

  با اینکه حداکثر شدت تابش آفتاب در قسمت پرتو قابل رؤیت آن است، ولی بیش از نیمی از انرژی حرارتی خورشید مربوط به پرتو فروقرمز می شود.

  زمانی که پرتو خورشید وارد اتمسفر می شود، شدت آن کاهش می یابد و طیف های آن به نسبت طول موج آنها در اتمسفر جذب، منعکس یا پراکنده می شود¬ (1) معمولاً پرتو فرابنفش و تمام پرتوهایی که طول موجی کمتر از 28/0 میکرون دارد، از طریق اوزون و قسمت عمده ای از پرتو فرو قرمز به وسیله ی بخار آب و اکسید کربن جذب می شود.

  ذرات موجود در هوا نور خورشید را منعکس می کنند؛ ولی چون این انعکاس تغییری در نور ایجاد نمی کند، نور خورشید همچنان سفید به زمین می رسد. وقتی آفتاب به مولکول ها و ذراتی می تابد که مساوی یا کوچک تر از طول موج پرتو آن هستند، نور منعکس شده، به اطراف پراکنده می شود. این پرتو پراکنده شده، قسمت هایی را که آفتاب به طور مستقیم به آنها نمی تابد، روشن می کند.

  وقتی ذرات و مولکولهای موجود در هوا، پرتوهای دارای طول موج کوتاهتر مربوط به نور آبی و بنفش را به اطراف پراکنده می کند. آسمان آبی به نظر می رسد¬ (2). ولی اگر ذراتی بزرگ تر از گرد و غبار در اتمسفر وجود داشته باشد، بیشتر پرتوهای دارای طول موج بلندتر مربوط به نورهای زرد و قرمز در هوا پراکنده می شوند و در نتیجه، آسمان سفیدتر به نظر می رسد¬ (3).

  ابرها مقدار زیادی از پرتو خورشید را به فضای خارجی اتمسفر منعکس می کنند؛ ولی بقیه ی آن به سمت زمین منتشر می شود. تابش این مقدار پرتو به کره ی زمین باعث گرم شدن طبیعی زمین می شود¬ (4).

 

 

دمای هوا

 

  مقدار انرژی خورشیدی تابیده شده به هر نقطه از سطح زمین در طول سال، به شدت و دوام تابش آفتاب در آن منطقه بستگی دارد و میزان گرما و سرمای سطح زمین، عامل اصلی تعیین کننده ی درجه حرارت هوای بالای آن است.

  تمام طیف های نور خورشید از هوا عبور می کنند و با دریافت پرتو خورشید، دمای هوا به طور مستقیم افزایش نمی یابد. ولی لایه های هوا، گرمای خود را از طریق تماس با سطح زمین که در اثر دریافت پرتوهای خورشید گرم شده است به دست می آورند و لایه های گرم شده ی هوا، گرمای خود را از طریق همرفت به لایه های دیگر منتقل می کنند¬ (5). جریان هوا و باد نیز باعث تماس بیشتر توده های عظیم هوا با سطح زمین و در نتیجه گرم شدن هوا می شود. در شب ها و در فصل زمستان که سطح زمین سردتر از هوای بالای آن است، عکس این عمل صورت می گیرد و هوا در اثر تماس با سطح زمین، حرارت خود را از دست می دهد و سرد می شود¬ (6) و (7). بنابراین تغییرات روزانه و سالانه ی درجه حرارت هوا، به تغییرات درجه حرارت سطح مورد تماس آن بستگی دارد.

  سطح دریاها بسیار کندتر از سطح زمین در اثر تابش آفتاب گرم می شود و به همین دلیل اختلاف زیادی بین درجه حرارت سطح خشکی و سطح دریا وجود دارد. در نتیجه، در یک عرض جغرافیایی ثابت، همیشه سطح زمین در تابستان گرم تر و در زمستان سردتر از سطح دریاست و توده های هوا در تماس با این دو سطح نیز، به همین نسبت دارای اختلاف دما هستند و بدین ترتیب، میانگین درجه حرارت هوای بالای خشکی، در تابستان بیشتر و در زمستان کمتر از میانگین درجه حرارت هوای بالای دریاست¬ (8) و (9).

  ارتفاع از سطح دریا نیز، درجه حرارت هوا را تعیین می کند و در یک عرض جغرافیایی مشخص، مناطقی که در ارتفاع بیشتری قرار دارند، سردتر از مناطق پایین تر هستند¬ (10).

 

رطوبت هوا

  منظور از رطوبت هوا، مقدار آبی است که به صورت بخار در هوا وجود دارد. بخار آب از طریق تبخیر آب سطح اقیانوس ها و دریاها، همچنین سطوح مرطوبی چون گیاهان وارد هوا می شود¬ (11). این بخار به وسیله ی جریان هوا و باد به بقیه ی قسمت های سطح زمین منتقل می شود¬ (12).

  هر چه هوا گرم تر باشد، بخار آب بیشتری را در خود نگه می دارد. به طور مثال، ظرفیت پذیرش بخار آب در هوایی با دمای 18 درجه ی سانتیگراد، سه برابر آن در هوایی با دمای 2 درجه ی سانتیگراد است¬ (13).

   بنابراین به دلیل اختلاف دمای هوا در مناطق مختلف، میزان رطوبت هوا نیز در نقاط مختلف سطح زمین به یک اندازه نیست. حداکثر میزان رطوبت هوا در نواحی خط استواست که با حرکت به طرف قطبین کاهش می یابد.

  مقدار رطوبت موجود در هوا به روش های مختلفی چون رطوبت مطلق، رطوبت مخصوص، فشار بخار و رطوبت نسبی می توان اندازه گیری و بیان کرد.

 

رطوبت مطلق

  رطوبت مطلق عبارت است از وزن بخار آب موجود در هر متر مکعب از هوا و واحد آن گرم در متر مکعب است¬ (14).

 

رطوبت مخصوص

رطوبت مخصوص عبارت است از وزن بخار آب موجود در هر کیلو گرم از هوا که به صورت گرم در کیلوگرم نشان داده می شود¬ (15).

 

فشار بخار

فشار بخار عبارت است از فشاری که در اثر بخار آب در هوا به وجود می آید و بر حسب میلی متر جیوه اندازه گیری می شود¬ (16).

 

رطوبت نسبی

رطوبت نسبی عبارت است از نسبت وزن بخار آب موجود در حجم مشخصی از هوا در یک درجه حرارت به حداکثر مقدار بخار آبی که آن حجم از هوا در همان درجه حرارت می تواند در خود نگه دارد¬ (17).

برای مثال، رطوبت نسبی در دمای 20 درجه ی سانتیگراد به صورت زیر محاسبه می شود:

وزن بخار آب موجود در یک متر مکعب هوا در دمای 20 درجه

                                   =رطوبت نسبی

وزن حداکثر بخار آب موجود در یک متر مکعب هوا در دمای 20 درجه

  زمانی که هوا حداکثر رطوبتی را که می تواند در خود نگه دارد جذب کند، آن را «هوای اشباع شده» می نامند. در این حالت،رطوبت نسبی هوا 100 درصد است. ولی اگر مقدار رطوبت موجود در آن کمتر از مقداری باشد که میتواند در خود نگه دارد، رطوبت نسبی آن کمتر از 100 درصد است.

  جدول 1-1، مقادیر فشار بخار، رطوبت مطلق و رطوبت مخصوص برای هوای اشباع شده در دماهای گوناگون در سطح دریا را نشان می دهد.

  فشار بخار و رطوبت نسبی، تا حد بسیار زیادی با توجه به زمان و مکان های مختلف تغییر می یابد. فشار بخار به میزان چند میلی متر جیوه در مناطق سرد و بیابان ها و تا حدود 25 و حتی 30 میلی متر جیوه در مناطق گرم و مرطوب تغییر می کند. فشار بخار در فصل های مختلف نیز متغیر و اغلب در تابستان بیشتر از زمستان است. ولی تغییرات روزانه ی آن معمولاً کم است. این تغییر، حتی در مناطق ساحلی که تحت تأثیر دریا و نسیم آن قرار دارد. از حد چندین میلی متر جیوه تجاوز نمی کند.

  در ارتفاع های زیاد، فشار بخار سریع تر از فشار هوا کاهش می یابد. بنابراین، با کاهش ارتفاع، تراکم بخار آب در هوا افزایش می یابد. در نتیجه، همیشه فشار بخار لایه های هوا نزدیک به زمین بیشتر است. به همین دلیل، هر نوع اختلاط هوا در سطوح عمودی باعث کاهش فشار بخار در لایه های هوای نزدیک به زمین می شود.

  اگر در سطح زمین هوا جریان نداشته باشد، فشار بخار نزدیک ظهر به حداکثر میزان خود می رسد¬ (18). سپس با جابه جایی لایه های عمودی هوا، فشار بخار در لایه های نزدیک به زمین کاهش می یابد و هنگام عصر با پایان یافتن این حرکت، دوباره فشار بخار لایه های هوای نزدیک به زمین افزایش می یابد¬ (19).

  الگوی تغییرات فشار بخار هوای سطح دریا، همچنین هوای سطح خشکی در فصل های بارانی مانند تغییرات درجه حرارت هواست. بیشترین تغییرات سالانه ی فشار بخار در قسمت هایی ایجاد می شود که تحت تأثیر بادهای موسمی قرار دارند. زیرا این مناطق، در یک زمان هوای گرم و مرطوب اقیانوس ها و در زمان دیگر، هوای خشک قسمت های داخلی را دریافت می کنند. نکته ی قابل توجه اینکه فشار بخار، مقداری از فشار هواست که در اثر افزایش بخار آب در هوا به وجود می آید و فشار جو با فشار بخار متفاوت است.

  رطوبت نسبی هوا، در صورتی که فشار بخار ثابت باشد، ممکن است تا حد بسیار زیادی تغییر کند. این تغییر ناشی از نوسانات روزانه و سالانه ی درجه حرارت هواست که ظرفیت پذیرش بخار آب هوا را تعیین می کند. همانطور که در جدول 1-1 نشان داده است، هر چه هوا گرم تر شود، میزان رطوبتی که میتواند در خود نگه دارد افزایش می یابد.

جدول 1-1:میزان رطوبت هوای اشباع شده در دمای مختلف در کنار دریا

صفحه 7

 

باد

  بر روی هر یک از نیم کره های زمین، کمربند و نقاطی با فشارهای جوی متفاوت(کم و زیاد) وجود دارد. بعضی از این کمربندها دائمی هستند و بعضی دیگر فقط در مدتی از سال ایجاد می شوند. در مناطق نیمه استوایی هر نیم کره- یعنی بین عرض های جغرافیایی 20 تا 40 درجه- کمربندی با فشار زیاد وجود دارد¬ (20).

  این دو کمربند در تابستان ها به سمت قطبین و در زمستان ها به سمت خط استوا حرکت می کنند. در زمستان، هر دو آنها دور تا دور زمین را احاطه می کنند ولی در تابستان به دلیل ایجاد مراکز کم فشار در قاره ها، تداوم آنها به هم می خورد¬ (21) و (22).

  مناطق قطبی، از مناطق ثابت و پر فشار است؛ ولی فشار این مناطق از فشار مناطق نیمه استوایی کمتر است¬ (23). کمربند خط استوا، از جمله مناطق ثابت کم فشاری است که در تمام طول سال وجود دارد¬ (24). در تابستان، در هر نیم کره عمل همرفت هوا در جهت عرض جغرافیایی بالاتر-بویژه در قاره های بزرگ- وجود دارد. در تیر و مرداد ماه، این کمربند قسمت های شمالی استوا را می پوشاند که از شمال شرقی افریقا به مرکز آسیای شرقی کشیده شده و مرکز آن در خلیج فارس است¬ (25).

  در دی و بهمن ماه، این کمربند قسمت های جنوبی منطقه ی استوا را می پوشاند¬ (26).

دیگر مناطق کم فشار، در قسمت هایی با عرض جغرافیایی بالا وجود دارند. این مناطق معمولاً کمربندی در اطراف اقیانوس منجمد جنوبی ایجاد می کنند. در نیم کره ی شمالی، تقسیم فشار هوا به دلیل وجود خشکی های وسیع و فراوان در اطراف اقیانوس منجمد شمالی بسیار پیچیده است و به همین دلیل، مناطق کم فشار و پر فشار به طور مداوم در یک منطقه به وجود می آیند و به سمت شرق حرکت می کنند.

  علت اصلی وجود نقاط و کمربندهای فشار هوا، تقسیم نامتعادل پرتوهای خورشیدی بر روی زمین است که باعث ایجاد اختلاف دما در نقاط مختلف سطح زمین می شود.

   توده های هوا که در اثر گرم شدن بالا می روند تا کمربند کم فشار مناطق استوایی را تشکیل دهند. در نقاط بالای جو تقسیم می شوند و به سمت قطبین حرکت می کنند. این توده ها، در زمستان در عرض های جغرافیایی 20 تا 40 درجه و در تابستان در عرض های جغرافیایی 30 تا 40 درجه سرد می شوند و دوباره به سمت زمین پایین می آیند¬ (27). این عمل باعث بالا رفتن فشار هوا در این قسمت ها و ایجاد کمربندهای پر فشار مناطق نیمه استوایی می شود. در مناطق قطبی نیز به دلیل سرمای شدید هوای سطح یخ ها، هوای پر فشار ایجاد می شود. مناطق پر فشار عبارتند از:

1)                       مناطق قطبی در تمام طول سال

2)    مناطق سرد آسیا،شمال آفریقا، استرالیا و امریکای شمالی در زمستان

3)    کمربندهای پر فشار در مناطق نیمه استوایی، بویژه در سطح اقیانوس ها در تابستان.

توده های عظیم هوا، همیشه از مناطق پر فشار به سمت مناطق کم فشار حرکت می کنند.البته این حرکت، در یک جهت مستقیم از منطقه ی پر فشار به منطقه ی کم فشار نیست و تحت تأثیر نیروی «کوریولیس» که در اثر حرکت دورانی زمین به وجود می آید قرار می گیرد و از مسیر خود منحرف می شود. انحرافی که در اثر این نیرو در جهت حرکت توده های هوا به وجود می آید، در نیم کره ی شمالی در جهت حرکت عقربه های ساعت و در نیم کره ی جنوبی در جهت عکس حرکت عقربه های ساعت است. نیروی کوریولیس، در منطقه ی استوا صفر است و در جهت حرکت به طرف قطبین افزایش می یابد.

 

سیستم های باد

به طور کلی،در هر نیم کرهی زمین سه سیستم کلی باد وجود دارد: بادهای تجاری، بادهای غربی و قطبی، و بادهای موسمی. علاوه بر این سه سیستم، بادهای دیگری نیز وجود دارد که یکی از آنها بادهای محلی است که در مناطق کوهستانی و دره ها جریان دارد؛ همچنین نسیم شب و روز که در سواحل دریا می وزد.

 

بادهای تجاری

مرکز این بادها در مناطق نیمه استوایی دو نیم کره ای است که دارای هوای پرفشار هستند. این دو مرکز در منطقه ی استوا به هم نزدیک شده، در آنجا کمربند کم فشار را تشکیل می دهند. بر روی اقیانوس ها، جهت این دو جریان هوا در نیم کره شمالی به سمت جنوب غربی و در نیم کره ی جنوبی به سمت شمال غربی است. جهت حرکت این دو باد معمولاً ثابت است و دما و روطبت آنها به مناطقی که از روی آن عبور می کنند بستگی دارد.

  رطوبت و دمای هر دو جریان، بر روی اقیانوس ها یکسان است و در نتیجه در اثر برخورد با یکدیگر، تغییر زیادی به وجود نمی آورند. سرعت این بادها بین 15 تا 35 کیلومتر در ساعت است که گاهی به 45 کیلومتر در ساعت نیز می رسد. ولی در منطقه ی اقیانوس هند و منطقه ی جنوب غربی اقیانوس آرام، جهت این بادها در اثر برخورد با بادهای موسمی در تابستان در هر نیم کره تغییر می کند.

 

بادهای غربی

مرکز این بادها در مناطق نیمه استوایی، ولی حرکت آنها در جهت مناطق کم فشار اقیانوس منجمد شمالی است. در طول منطقه قطبی، این بادها و بادهای قطبی به هم نزدیک می شوند و به دلیل اختلاف زیاد درجه حرارت این دو توده های هوا، جبهه های جلویی این دو سیستم همیشه طوفانی است. در زمستان، در نیم کره ی شمالی تغییرات زیادی در جهت و سرعت این سیستم باد به وجود می آید. ولی در تابستان، جهت حرکت و سرعت آن تقریباً ثابت و اغلب به سمت شمال شرقی حرکت می کند. در نیم کره ی جنوبی که نسبت به نیم کره ی شمالی خشکی بسیار کمتری دارد، این سیستم باد معمولاً یکنواخت است، ولی در هر صورت در مناطق مختلف، حرکت و سرعت آن تحت تأثیر حرکت هوای کم فشار قرار می گیرد.

 

بادهای قطبی

این بادها در اثر پراکنده شدن توده های هوای سرد از مناطق پر فشار قطبی و اقیانوس منجمد شمالی به وجود می آیند. جهت اصلی این بادها در نیم کره شمالی، به سمت جنوب غربی و در نیم کره ی جنوبی به سمت شمال غربی است.

 

بادهای موسمی

اختلاف میانگین درجه حرارت سالانه ی هوای سطح زمین و دریا باعث ایجاد بادهای زمستانی بر روی خشکی و بادهای تابستانی بر روی دریا می شود که به «بادهای موسمی» معروف اند. اثر این بادها در منطقه ای از اقیانوس هند که به استرالیا، آسیای جنوبی و شمال افریقا محدود می شود، بیشتر است. در این منطقه، حداکثر فشار هوا در قاره هاست و هوا از مناطق پر فشار یک نیم کرهبه سمت مناطق کم فشار نیم کره ی دیگر حرکت می کند. در دی ماه، این بادها از آسیای مرکزی به طرف استرالیا حرکت می کنند جهت وزش باد در آسیای جنوبی، جنوب غربی است که در منطقه ی خط استوا به تدریج تغییر می یابد؛ تا اینکه در شمال غربی استرالیا به جهت جنوب شرقی تبدیل می شود. در خرداد ماه، این سیستم از استرالیا به سمت شبه جزیره ی هندوستان حرکت می کند و جهت حرکت آن در استرالیا، شمال غربی است؛ ولی وقتی به جنوب آسیا می رسد، جهت آن شمال شرقی می شود.

 

نسیم های دریا و خشکی

 چنانکه پیش از این مطرح شد،در منطق ساحلی، هنگام روز هوای روی خشکی گرم تر از هوای دریاست. این اختلاف دما باعث می شود هوای روی خشکی که گرم تر است بالا رود و هوای روی دریا به سمت خشکی آمده، جای آن را بگیرد¬ (28). این عمل باعث ایجاد نسیم در سواحل می شود.

جریان هوا، هنگام شب که هوای روی دریا گرم تر از هوای روی خشکی است، برعکس انجام می شود و هوا از سطح خشکی به سمت دریا جریان می یابد¬ (29).

 نسیم های دریا و خشکی به وسیله ی فشار کلی جو و سیستم های باد تغییر می یابند. برای مثال، هنگامی که توده های هوای کن فشار بر روی قسمت داخلی خشکی قرار می گیرد، حرکت هوا از قسمت های پرفشار سطح دریا به سمت خشکی باعث می شود در این منطقه س ساحلی، هنگام روز نسیم با شدت بیشتری جریان یابد. ولی هنگام شب، چون فشار هوای روی خشکی چندان افزایش نمی یابد، نسیم خشکی ملایم است.

 

 بادهای محلی

در مناطق کوهستانی، اختلاف درجه حرارت موجب وزش بادهای محلی می شود. هنگام روز، هوای مجاور سطح کوه ها گرم تر از هوای آزاد در جو می شود و به سمت بالا حرکت می کند¬ (30). ولی هنگام شب، عکس این عمل اتفاق می افتد¬ (31).

بدین ترتیب در مناطق کوهستانی بزرگ و دره ها، بادهای شدیدی می وزد. جهت این بادها، هنگام روز از پایین به بالا و هنگام شب از بالا به پایین است.

 

بارندگی

در مبحث رطوبت هوا به این نکته اشاره شد که هر چه هوا گرم تر باشد، مقدار رطوبت بیشتری را می تواند در خود نگه دارد. بنابراین، اگر مقدار مشخصی از هوا با درصد مشخصی از رطوبت به تدریج سرد شود، رطوبت نسبی آن افزایش می یابد و در درجه حرارتی که به آن «نقطه ی شبنم» می گوین، رطوبت نسبی هوا به 100 درصد می رسد. اگر این هوا باز هم سردتر شود و دمای آن به پایین نقطه ی شبنم برسد، نمی تواند تمام رطوبت موجود در خود را نگه دارد. از این رو، مقدار بخار آب اضافی به صورت قطرات آب بر روی سطوحی که دمای آنها از نقطه ی شبنم کمتر است تشکیل می شود. در فصل زمستان، اگر به دلیل سردی هوای خارج، دمای سطح داخلی شیشه ی پنجره ی اتاق ها پایین تر از نقطه ی شبنم هوای داخل باشد،بر روی سطح پنجره ها قطرات آب تشکیل می شود¬ (32).

   این پدیده، علت اصلی ایجاد بارندگی است. وقتی توده های هوای اطراف زمین که حرارت سطح زمین را گرفته و گرم شده اند، به وسیله ی باد یا فشار به سمت بالا رانده می شوند، حجم آنها در اثر صعود و افزایش ارتفاع و کاهش فشار هوا بیشتر می شود و در نتیجه، حرارت خود را از دست می دهند و سرد می شوند¬ (33). سرد شدن این هوا باعث می شود رطوبت نسبی آن افزایش یابد؛ تا جایی که توده های ابر به نقطه ی شبنم رسیده، رطوبت نسبی آنها 100 درصد  شود (بدیهی است این عمل همیشه و بویژه در مناطقی که رطوبت هوا کم است، اتفاق نمی افتد). از این پس با سردتر شدن هوا، بخار آب اضافی موجود در آن به شکل شبنم بر روی سطوح سردتر تشکیل می شود. پس از بزرگ تر و سنگین تر شدن، این قطرات به صورت باران، برف یا تگرگ به زمین می بارد.

 

فصل دوم: اقلیم و انسان

تعادل حرارتی بین بدن انسان و محیط پیرامون

ایجاد تعادل حرارتی بین بدن و محیط اطراف، از جمله نیازهای اولیه برای تأمین سلامتی و آسایش انسان است. برا برقراری این تعادل، علی رغم تغییرات زیاد درجه حرارت هوای اطراف بدن، دمای پوست باید ثابت بماند یا فقط به میزان بسیار کمی تغییر کند.

 ایجاد چنین تعادلی به ترکیب عوامل مختلفی بستگی دارد.بعضی از این عوامل، ویژگی های متابولیکی شخص،فعالیت فیزیکی،نوع لباس و عادت وی به هوای محیط اطراف است و عوامل دیگر آن عبارتند از: درجه حرارت هوا، تابش آفتاب، رطوبت و جریان هوا که در اینجا«عناصر اقلیمی» نامیده می شوند.

در این فصل،تأثیر هر یک از این عناصر بر انسان مورد بررسی قرار گرفته است.

 

تأثیر دمای هوا بر انسان

 بدن انسان به وسیله ی غذایی که مصرف می کند و به نسبت فعالیتی که دارد، به میزان مختلفی انرژی تولید می کند. وقتی بدن در حال فعالیت است، فقط مقدار کمی از این انرژی صرف کارهای مکانیکی شده، بقیه به حرارت تبدیل می شود. در جدول 2-1، مقدار انرژی تولید شده توسط بدن در حالت های گوناگون نشان داده شده است.

  در حالت طبیعی، دمای درونی بدن 37 درجه و دمای پوست 32 درجه ی سانتیگراد است. اگر بدن در محیطی گرم تر از پوست قرار گیرد، شروع به جذب حرارت می کند و برعکس، اگر در محیطی سردتر از پوست بدن باشد، حرارت خود را به تدریج از دست می دهد. بدین طریق، در هر محیطی بین بدن و هوای اطراف آن تبادل حرارتی صورت می گیرد. این تبادل به اشکال و نسبت های مختلفی صورت می گیرد که در جدول2-2 نشان داده شده است. اگر در اثر این تبادل حرارتی، حرارت تولید شده در بدن و حرارت دفع شده یا جذب شده از محیط متعادل نشود. بدن برای برقراری تعادل به ناچار حرارت درونی خود را افزایش یا کاهش می دهد. در این حالت، بدن انسان دچار اختلالات گوناگونی می شود که در جدول 2-3 نشان داده شده است.

جدول2-1:مقدار حرارت تولید شده در بدن در حالت های مختلف

جدول2-2:شکل و میزان تبادل حرارتی بدن و محیط اطراف

جدول 2-3: عوارض گوناگون ایجاد شده در انسان در اثر تغییرات حرارت درونی بدن

تأثیر رطوبت هوا بر انسان

  رطوبت هوا به طور مستقیم بر دمای بدن انسان تأثیر نمی گذارد؛ ولی ظرفیت تبخیر و در نتیجه،میزان خنک شدن بدن از طریق تعریق و میزان تبخیر آن را تعیین می کند.

  همانطور که در فصل اول اشاره شد، رطوبت هوا را می توان به روش های مختلفی از جمله فشار بخار و رطوبت نسبی بیان کرد. فشار بخار در سطح بدن انسان به دمای پوست بستگی دارد. جدول 2-4، فشار بخار سطح بدن را در دماهای مختلف نشان می دهد.

جدول 2-4: رطوبت پوست بدن در دماهای مختلف درونی

  در این جا، رطوبت هوا بیشتر به صورت رطوبت نسبی بیان شده است. در اینجا برای جلوگیری از تعبیر اشتباه این اصطلاح به شرح دو حالت می پردازیم:

حالت اول: رطوبت نسبی هوا 100 درصد و دمای آن 25 درجه ی سانتیگراد فرض شده است. همان طور که در جدول 1-1 نشان داده شده، در چنین حالتی فشار بخار حدود 24 میلی متر جیوه است. حال اگر فردی با وضعیت طبیعی (دمای پوست 32 درجه ی سانتیگراد و فشار بخار در سطح پوست وی تبادل حرارتی صورت می گیرد و هوا که دمای کمتری دارد،حرارت پوست را جذب می کند و دمای خود را به 32 تا 32 درجه ی سانتیگراد می رساند. با گرم شدن هوای اطراف بدن، رطوبت نسبی آن کاهش می یابد و باعث می شود عمل تبخیر بر روی پوست بدن انجام گیرد.

حالت دوم: رطوبت نسبی هوا 50 درصد و دمای آن 50 درجه ی سانتیگراد فرض شده است. در این حالت، فشار بخار هوا حدود 46 میلی متر جیوه است(جدول 1-1). همانطور که در جدول 2-4 نشان داده شده، این مقدار فشار بخار تقریباً برابر فشار بخاری که پوست بدن در «وضعیت ناراحت کننده» دارد. در نتیجه، با قرار گرفتن فرد مورد نظر در این وضعیت هوا، هیچ امکانی برای تبخیر عرق موجود بر روی پوست وجود ندارد.

  با بررسی این دو حالت در می یابیم که رطوبت نسبی، به تنهایی نمی تواند ظرفیت تبخیر هوا را مشخص کند و همواره باید درجه حرارت هوا را نسبت به آن مورد توجه قرار داد. زیرا در حالت اول که رطوبت نسبی 100 درصد و هوا اشباع شده است، امکان عمل تبخیر در آن وجود دارد؛ ولی در حالت دوم با رطوبت نسبی 50 درصد، این عمل غیر ممکن است.

   البته تأثیر فشار بخار هوا بر بدن، تا حد زیادی به رطوبت پوست نیز بستگی دارد. تا زمانی که پوست بدن خشک است، میزان دفع رطوبت (تعریق) و تبخیر آن فقط به حرارت متابولیکی تولید شده و دمای هوای خشک تبادل یافته بستگی دارد. در این حالت، عرق ایجاد شده در سطح پوست بخار می شود و میزان رطوبت هوا هیچ تأثیری در تبخیر عرق ندارد. ولی وقتی نسبت میزان تعریق به ظرفیت تبخیر در هوا به حدی برسد که عرق نتواند تبخیر شود، لایه ای عرق در اطراف منافذ پوست تشکیل شده، سطوح خیس بدن افزایش می یابد. در این حالت، با کاهش رطوبت هوا می توان امکان تبخیر عرق در سطح پوست را به وجود آورد. تا میزان مشخصی از رطوبت نسبی هوا، امکان تبخیر کامل عرق بر روی پوست وجود دارد و تأثیر خنک کنندگی آن 100 درصد است. در حداکثر میزان رطوبت قابل قبول،میزان تبخیر در هوا برابر میزان تعریق بدن است؛ ولی در این حالت، خیس شدن مداوم پوست باعث ناراحتی فرد می شود.

  در دمای 20 تا 25 درجه ی سانتیگراد، میزان رطوبت هوا تقریباً تأثیری بر انسان ندارد و رطوبت نسبی 30 تا 85 درصد، عملاً احساس نمی شود. در این وضعیت حرارتی فقط وقتی هوا تقریباً اشباع شده است، رطوبت زیاد و خیس بودن آن احساس می شود. در دمای بیش از 25 درجه سانتیگراد، تأثیر رطوبت هوا بر انسان به مرور افزایش می یابد؛ بویژه تأثیر آن بر رطوبت و دمای پوست و در درجه حرارت های بالاتر بر میزان تعریق و تبخیر آن.

  هوای گرم و مرطوب (شرجی) به دلیل اینکه از تعریق و تبخیر بر روی پوست جلوگیری می کند، باعث ناراحتی می شود. هوای گرم و خشک نیز باعث خشکی لب ها و مخاط تنفسی شده، ایجاد ناراحتی می کند.

  عامل دیگری که در میزان تأثیر رطوبت هوا بر بدن اثر می گذارد، جریان هوا یا باد است. در یک درجه حرارت ثابت، افزایش سرعت باد باعث افزایش میزان مجاز و قابل قبول رطوبت نسبی هوا می شود. این موضوع در بحث های بعدی به تفصیل مورد بررسی قرار می گیرد.

 

منطقه ی آسایش

  مطالب فوق نشان می دهد که احساس انسان نسبت به محیط اطرافش را نمی توان تنها از طریق بررسی یکی از عناصر اقلیمی مانند درجه حرارت، رطوبت نسبی یا جریان هوا بیان کرد؛ زیرا ترکیب این عناصر بر انسان تأثیر می گذارد و با آسایش فیزیکی او ارتباط دارد. برای مثال، اگر سرعت هوا را ثابت فرض کنیم و تابش آفتاب را نادیده بگیریم (یعنی به فرض آنکه افراد در سایه و در فضای داخلی قرار داشته باشند)، بیشتر افراد در دمای 21 تا 26 درجه ی سانتیگراد و رطوبت نسبی 30 تا 60 درصد از نظر فیزیکی راحت هستند. حال اگر شرایط هوای داخل این اتاق را تغییر دهیم، یعنی رطوبت آن افزایش و دمای آن کاهش یابد،این افراد به تدریج احساس ناراحتی می کنند.

  بنابراین، نسبت درجه حرارت و رطوبت نسبی هوا در ایجاد احساس آسایش انسان تأثیر دارد. البته واکنش بدن در برابر شرایط اقلیمی پدیده ای تجربی است و در فرهنگ ها و مناطق جغرافیایی مختلف، متفاوت است. به طور مثال، در آلمان دمای 5/69 درجه ی فارنهایت (8/20 درجه ی سانتیگراد) و رطوبت نسبی 50 درصد مطلوب است. در حالی که در بریتانیا،دمای 58 تا 70 درجه ی فارنهایت (4/14-1/21 درجه ی سانتیگراد) و در امریکا، دمای 69 تا 80 درجه ی فارنهایت (8/20-7/26 درجه ی سانتیگراد) ترجیح داده می شود. همین طور در مناطق استوایی، دمای 74 تا 85 درجه ی فارنهایت (3/23-4/29 درجه ی سانتیگراد) و رطوبت نسبی 30 تا 70 درصد مطلوب است.

  این ارقام، تعیین کننده ی شرایط هوایی است که انسان در آن شرایط از نظر فیزیکی راحت است. اگر حدود تغییرات این ارقام را در جدولی که رطوبت نسبی بر محور افقی و درجه حرارت بر محور عمودی آن مشخص شده ترسیم کنیم، محدوده ای به دست می آید که به آن «منطقه آسایش» می گویند. این منطقه، مشخص کننده ی وضعیت هایی که فرد در آن احساس آسایش می کند. البته به دلیل تفاوت میان دمای مطلوب هوا در مناطق مختلف، نمی توان محدوده ی دقیقی برای منطقه ی آسایش تعیین کرد؛ زیرا دمای مطلوب هوا در یک منطقه ی مشخص برای افرادی با جنس و سن مختلف متفاوت است و به نوع و میزان فعالیت و نوع و میزان پوشش فرد نیز بستگی دارد. همچنین، دمای مطلوب هوا برای یک فرد در فصل تابستان و زمستان متفاوت است. جدول 2-5، نتایج آزمایش هایی را نشان می دهد که طی سالیان متمادی بر روی صدها نفر از ساکنین مناطق مختلف به منظور تعیین رابطه ی بین دما، رطوبت و جریان هوا و تأثیر آنها بر منطقه ی آسایش انجام شده است. بر اساس این نتایج، در فصل تابستان دمای 24 درجه ی سانتیگراد و رطوبت نسبی 50 درصد برای 98 درصد افراد مطلوب است. در حالی که در فصل زمستان، برای آنکه 97 درصد افراد احساس آسایش کنند، با حفظ رطوبت نسبی حدود 50 درصد باید دما را به 21 درجه ی سانتیگراد کاهش داد. بر اساس منابع مورد استفاده، به نظر می رسد در کشور ما تا کنون آزمایش ها و مطالعاتی که شرایط مطلوب دما و رطوبت هوا را نشان دهد، انجام نشده است. به همین دلیل، در این بحث برای تعیین حدود منطقه ی آسایش در ایران، از روش پیشنهادی «اولگی» استفاده شده است.

جدول 2-5: رابطه ی بین دما، رطوبت و جریان هوا و تأثیر آنها بر منطقه ی آسایش

اولگی دمای 70 تا 80 درجه ی فارنهایت (2/21-7/26 درجه ی سانتیگراد) را برای فصل تابستان و دمای 68 تا 76 درجه ی فارنهایت (20-4/24 درجه ی سانتیگراد) را برای فصل زمستان و رطوبت نسبی 30 تا 65 درصد را به عنوان شرایط مطلوب هوا مطرح کرده است. البته این محدوده فقط برای مناطق معتدل آمریکا با ارتفاع کمتر از یک هزار فوت (330 متر) از سطح دریا و برای افرادی پیشنهاد شده است که به صورت نشسته فعالیت می کنند و لباس معمولی منزل پوشیده اند.

  به پیشنهاد اولگی با ایجاد تغییراتی در این جدول، آن را برای مناطق دیگر نیز می توان مورد استفاده قرار داد. بدین منظور برای هر 5 درجه کاهش عرض جغرافیایی نسبت به 40 درجه ی شمالی بادی به میزان  درجه ی فارنهایت، حداقل منطقه ی آسایش تابستانی را در جدول فوق افزایش داد. حداکثر منطقه ی آسایش را نیز باید به همین میزان افزایش داد. ولی این میزان نباید از 85 درجه ی فارنهایت بیشتر شود. بنابراین، حدود منطقه ی آسایش را برای ایران که بین 25 تا 40 درجه عرض جغرافیایی قرار دارد، می توان از نظر دمای هوا در فصل تابستان بین 5/21 تا 29 درجه و در فصل زمستان بین 20 تا 7/25 درجه ی سانتیگراد فرض کرد. محدوده ی رطوبت نسبی هوا در این دو فصل نیز 30 تا 65 درصد در نظر گرفته می شود(جدول 2-6).

جدول2-6: حدود منطقه ی آسایش در ایران

  بار دیگر باید یادآوری کرد که شرایط منطقه ی آسایش نسبی و تقریبی است و فقط برای افرادی پیشنهاد شده است که به صورت نشسته در فضای داخلی( با جریان هوای ثابت در سایه) و با لباس معمولی در حال فعالیت هستند. بدیهی است تا زمانی که آزمایش های دقیقی در مناطق مختلف ایران صورت نگیرد، هیچ گاه نمیتوان به طور دقیق منطقه ی آسایش را بر روی نمودار مشخص کرد.

  در منطقه ی آسایشف تغییرات رطوبت هوا بیشتر از تغییرات دمای آن برای انسان قابل تحمل است. به همین دلیل، دمای هوا فضاهای داخلی باید با دقت بیشتری کنترل شود. البته میزان رطوبت نسبی هوا نیز باید در نظر گرفته شود؛ زیرا رطوبت بیش از حد در فصل زمستان باعث ایجاد تعریق بر روی سطوح سرد داخلی مانند سطح شیشه ی پنجره ها و رطوبت کم باعث ایجاد الکتریسیته ی ساکن می شود.

 

تأثیر عوامل اقلیمی بر منطقه ی آسایش

 منطقه ی آسایش در جدول 2-6، فقط در صورت ثابت بودن جریان هوا و در سایه صادق است. حال اگر دو عامل تابش آفتاب و باد نیز دخالت داده شوند، هر کدام به نوعی در محدوده های منطقه ی آسایش تأثیر می گذارند. همچنین اگر میزان رطوبت هوای مورد نظر با وسایل مکانیکی یا به طور طبیعی افزایش داده شود، حدود منطقه ی آسایش تغییر می کند. در این قسمت، تأثیر هر کدام از عوامل فوق بر انسان و در نتیجه، تأثیر آن بر منطقه ی آسایش مورد بررسی قرار می گیرد.

تأثیر تابش آفتاب بر منطقه ی آسایش

  تابش آفتاب، دو اثر بیولوژیکی و حرارتی بر انسان دارد که اثر بیولوژیکی آن ناشی از تابش پرتو فرابنفش و اثر حرارتی آن حاصل تابش پرتو مرئی و فرو قرمز بر بدن انسان است.

  محدوده ی بسیار کوچکی از طیف نور خورشید با طول موج 288/0 تا 313/0 میکرون، فقط محدوده ی مؤثر پرتوهای فرابنفش است. این قسمت از نور خورشید بر پوست تأثیر می گذاردو باعث آفتاب سوختگی پوست سفید می شود. نکته ی قابل توجه اینکه، بیشتر اجسام شفاف مانند شیشه و بعضی نایلون ها، پرتوهای فرابنفش را جذب می کنند و مانع نفوذ این قسمت از طیف نور به آن طرف خود می شود.

  مسأله ی مهم در این قسمت، تأثیر حرارتی تابش آفتاب بر منطقه ی آسایش است که پیش از این به وسیله ی دو عامل درجه حرارت و رطوبت نسبی هوا مشخص شد.

  در شرایطی که دمای هوا کمتر از 21 درجه سانتیگراد است( محدوده ی پایین خط سایه در جدول 2-6)، تابش آفتاب ممکن است باعث گسترش منطقه ی آسایش شود. بدین ترتیب که در دماهای پایین که بدن حرارت خود را از دست می دهد، اگر حرارت دفع شده با اثر حرارتی تابش آفتاب جبران شود، شرایط آسایش انسان تأمین می شود و این شرایط، در محدوده ی منطقه ی آسایش قرا می گیرد. البته جبران حرارت دفع شده ی بدن با تابش آفتاب،محدودیت هایی دارد. محاسبات و آزمایش هایی که در این مورد انجام شده، نشان می دهد که هر 5/12 کیلو کالری انرژی خورشیدی در ساعت می تواند 8/1 درجه ی سانتیگراد کاهش دمای هوا را جبران کند. در جدول 2-7، میزان گسترش منطقه ی آسایش از طریق تابش آفتاب نشان داده شده است.

جدول 2-7: تأثیر تابش آفتاب بر منطقه ی آسایش

تأثیر رطوبت هوا بر منطقه آسایش

 رطوبت باعث کاهش دمای هوای خشک می شود. منحنی های جدول 2-8، تغییراتی را نشان می دهد که با افزایش 5 گرین رطوبت در هر پوند (454 گرم) در هر بار در دمای هوا به وجود می آید. این کاهش دمای هوا که در اثر تبخیر رطوبت اضافه شده به آن صورت می گیرد، باعث می شود محدوده های بالای منطقه ی آسایش نیز قابل تحمل شود و بدین ترتیب، منطقه ی آسایش گسترش یابد. برای مثال، اگر دمای هوای مورد نظر 32 درجه ی سانتیگراد و رطوبت نسبی آن 30 درصد باشد، چنین شرایطی خارج از منطقه ی آسایش و در نتیجه، غیر قابل تحمل خواهد بود(جدول 2-8). حال در این شرایط، اگر رطوبت هوا به میزان 10 گرین در پوند افزایش یابد، دمای هوا فوق در حد قابل تحمل کاهش خواهد یافت.

  خنک سازی هوا از طریق افزایش رطوبت آن ممکن است و با وسایل مکانیکی یا به طور طبیعی با گیاه کاری یا ساخت آب نما و فواره ها صورت گیرد.

جدول 2-8: تأثیر رطوبت هوا بر منطقه ی آسایش

تأثیر باد بر منطقه ی آسایش

  سرعت جریان هوا به دو طریق بدن انسان را تحت تأثیر قرار می دهد. جریان هوا، از یک سو مقدار تبادل حرارتی از طریق همرفت (جابجایی هوا در اثر اختلاف دما) را مشخص می کند و از سوی دیگر، ظرفیت تبخیر در هوا و در نتیجه، میزان خنک شدن بدن از طریق تعریق را تعیین می نماید.

  تأثیر سرعت و د

/ 10 نظر / 338 بازدید
سارا

سلام ممنون از مطلبتون من یه خواهش داشتم ازتون میشه فرمول های محاسبه هندسه خورشیدی ، خهت تابشی ، زاویه تابشی و ... رو هم تو مطلبتون بیارین

Dr.Marjan

[وحشتناک][متفکر][خواب][خنثی]

Dr.Marjan

عمویی شما واتس اپ هم داری؟[نیشخند][فرشته]

Dr.Armin

اخه مرجان مگه من نگفتم اینجاباشه ها..

Dr.Marjan

ارمین چی میگی تو؟ چی اینجا نیست؟

Dr.Armin

منظورم این بود اینجا ب درد تحقیق ما نمیخوره دانشمند..خخخ[نیشخند]

Dr.Marjan

اها..اوکی..کجا بریم؟

Dr.Armin

بیا همونجا ک باس الان باشی..زوووووووووووووووووووووووود[نیشخند]

Dr.Marjan

باش..صب کن الان میام[نیشخند]

مرجان گواهی

سلام بابت متن بسیار تشکر .مطالبش بسیار بسیار عالی بود.فقط حیف که عکس ها و جداولش نبود.