Termal Konfor Nedir? Bileşenleri, Şartları, PMV ve Pencerenin Etkisi
Termal konfor (ısıl konfor), ASHRAE 55 standardının tanımıyla, zihnin ısıl ortamdan memnuniyetini ifade eden durumudur: kişi ne üşüdüğünü ne de ısındığını düşünür, ortamın değişmesini istemez. Bir odanın termometresi 22 °C gösterse bile soğuk bir cam, ayak bileğine vuran hava akımı ya da fazla nem bu memnuniyeti bozabilir; termal konfor bu yüzden tek bir sıcaklık değeri değil, altı faktörün birlikte sonucudur.
Terim beş anlamda kullanılır: yapı fiziği ve iklimlendirmede bina içinde insanın ısıl memnuniyeti (ASHRAE 55, ISO 7730); iş sağlığı ve güvenliğinde işverenin sağlaması gereken çalışma ortamı koşulu; kent ikliminde dış mekânda hissedilen ısıl yük; tekstilde giysinin ısı ve nem geçirgenliğinden doğan konfor; otomotivde taşıt kabinindeki ısıl ortam. Bu sayfa ilk ikisine ve pencerenin payına odaklanır.
Termal konfor ne demek? Anlamları ve kaynakları
İki kelimenin ikisi de Fransızcadan gelir. Türk Dil Kurumu sözlüğünde "konfor" günlük hayatı kolaylaştıran maddi rahatlık demektir. "Termal" ise sözlükte kaplıca suyu anlamındadır; teknik dilde kullanılan "ısıyla ilgili" anlamını TDK "termik" maddesinde "ısıl" karşılığıyla verir. Bu yüzden "termal konfor" ile "ısıl konfor" aynı kavramdır; kaplıca ya da termal otel konforuyla ilgisi yoktur.
| Anlam | Alan | Kaynak |
|---|---|---|
| Konfor: günlük hayatı kolaylaştıran maddi rahatlık | Genel (isim) | TDK |
| Termal: sıcak kaplıca suyu; bu sudan yararlanma imkânı sağlayan kuruluş | Genel (isim) | TDK |
| Termik: ısıl (ısıyla ilgili) | Sıfat, fizik | TDK |
| Termal konfor: zihnin ısıl ortamdan memnuniyetini ifade eden durumu | Yapı fiziği, iklimlendirme | ASHRAE 55, ISO 7730 |
| İşyerinde çalışanı rahatsız etmeyecek ısıl ortam koşulu | İş sağlığı ve güvenliği | İşyeri Bina ve Eklentileri Yönetmeliği |
| Dış mekânda hava sıcaklığı, rüzgâr, nem ve güneş ışınımının birlikte oluşturduğu ısıl yük | Biyometeoroloji, kent iklimi | UTCI |
| Giysinin ısı ve su buharı geçirgenliğinden doğan konfor | Tekstil | Tekstil test standartları |
| Araç kabininde eşdeğer sıcaklıkla değerlendirilen ısıl ortam | Otomotiv | ISO 14505 serisi |
Termal konfor bileşenleri: altı faktör
ASHRAE 55 ve ISO 7730, konforu dördü ortamdan, ikisi kişiden gelen altı faktörle tanımlar. İş sağlığı ve güvenliği sınavlarında "işyeri ortamındaki termal konfor bileşenleri" sorusunun cevabı da bu listedir: hava sıcaklığı, ışınım sıcaklığı, hava hızı ve nem; bunlara kişinin iş yükü ve giysisi eklenir. Gürültü, aydınlatma ya da toz termal konfor bileşeni değildir; ayrı ortam faktörleridir.
| Faktör | Birim | Yapıyla ilişkisi |
|---|---|---|
| Hava sıcaklığı | °C | Isıtma, soğutma, havalandırma |
| Ortalama ışınım sıcaklığı | °C | Cam, duvar, zemin ve tavanın yüzey sıcaklıkları |
| Hava hızı | m/s | Hava sızıntısı, pencereden inen soğuk hava, menfezler |
| Bağıl nem | % | Nem kaynakları, havalandırma, yoğuşma |
| Metabolizma (iş yükü) | met; 1 met = 58,2 W/m² | Mekânın kullanımı: oturarak büro işi, ayakta üretim |
| Giysi yalıtımı | clo; 1 clo = 0,155 m²K/W | Mevsim, iş kıyafeti, kişisel koruyucu donanım |
Metabolizma ve giysi birimlerinin değerleri ISO 7730'dan alınmıştır. Sessizce oturan bir insan yaklaşık 1 met, hafif büro işi yapan biri 1,2 met üretir; takım elbise yaklaşık 1 clo, yazlık giysi 0,5 clo kabul edilir. Nemin nasıl ölçüldüğü ve bağıl nemin ne anlama geldiği higrometre ve bağıl nem sayfasında anlatılır. Isı ile sıcaklığın farkı için ısı ve sıcaklık arasındaki fark yazısına bakılabilir.
Termal konfor standartları: PMV ve PPD (ISO 7730)
ISO 7730, Danimarkalı araştırmacı P. O. Fanger'in geliştirdiği iki göstergeyi kullanır. PMV (tahmini ortalama oy), büyük bir insan grubunun yedi basamaklı ölçekte vereceği ortalama oyu tahmin eder: +3 sıcak, +2 ılık, +1 biraz ılık, 0 nötr, −1 biraz serin, −2 serin, −3 soğuk. PPD (tahmini memnuniyetsiz yüzdesi) bu oydan türetilir. PMV sıfırken bile insanların yaklaşık %5'i memnun değildir; herkesi aynı anda memnun eden bir ortam yoktur.
Standart, PPD'nin %10'un altında, yani PMV'nin −0,5 ile +0,5 arasında tutulmasını önerir. 2005 baskısı bu hedefleri farklı kalite kategorilerine ayırır; ASHRAE 55 de konfor bölgesini −0,5 ile +0,5 arası PMV olarak tanımlar. Standardın ilk baskısı (1984), oturarak hafif iş yapan ve 1 clo giyinen kişiler için kışın operatif sıcaklığı 20-24 °C arasında önerir.
Operatif sıcaklık nedir?
ISO 7730'a göre operatif sıcaklık, kişinin ışınımla ve taşınımla gerçek ortamdakiyle aynı ısıyı alıp vereceği hayali, düzgün sıcaklıklı siyah bir kapalı alanın sıcaklığıdır. Hava hızının düşük olduğu ve kişinin güneşte oturmadığı durumlarda ASHRAE 55 bunu hava sıcaklığı ile ortalama ışınım sıcaklığının ortalaması olarak yaklaşık hesaplar. Pratik sonucu şudur: hava 22 °C, çevredeki yüzeylerin ortalaması 16 °C ise kişi kendini 19 °C'lik bir odadaymış gibi hisseder.
Adaptif konfor modeli (EN 16798-1 ve ASHRAE 55)
PMV, iklimlendirilen binalarda laboratuvar koşullarına dayanır. Penceresi açılabilen, mekanik soğutması çalışmayan binalarda insanlar giysisini değiştirir, pencere açar, beklentisini dış havaya göre ayarlar. Adaptif model bunu hesaba katar ve konfor sıcaklığını dış havanın son günlerdeki ortalamasına bağlar:
- ASHRAE 55: konfor sıcaklığı = 0,31 × ortalama dış sıcaklık + 17,8 °C. Kabul bandı %80 memnuniyet için ±3,5 °C, %90 için ±2,5 °C; dış ortalama 10 ile 33,5 °C arasında geçerlidir.
- EN 16798-1: konfor sıcaklığı = 0,33 × kayan ortalama dış sıcaklık + 18,8 °C. II. kategoride üst sınır +3 °C, alt sınır −4 °C; kayan ortalama 10 ile 30 °C arasında geçerlidir.
Örnek: son haftanın kayan ortalaması 24 °C olan bir yaz döneminde EN 16798-1'e göre konfor sıcaklığı yaklaşık 26,7 °C'dir; II. kategoride 22,7-29,7 °C arası kabul edilir. İki modeli ve PMV'yi hesaplamak için Kaliforniya Üniversitesi Berkeley'deki Center for the Built Environment'ın ücretsiz CBE Thermal Comfort Tool aracı kullanılabilir.
Pencere ve termal konfor: soğuk cam, aşağı inen hava, ışınım asimetrisi
Bütün vücut nötr hissetse de tek bir bölge üşüyebilir. ISO 7730 bu lokal rahatsızlığı dört başlıkta toplar: ışınım asimetrisi, hava akımı (cereyan), baş ile ayak bileği arasındaki sıcaklık farkı ve fazla soğuk ya da sıcak zemin. Kışın ilk üçünün ortak kaynağı çoğu zaman penceredir.
Camın iç yüzey sıcaklığı doğrudan U değerine bağlıdır. Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'nın pencere ve ısıl konfor çalışmasında dışarısı −17,8 °C, içerisi 21,1 °C iken camların iç yüzeyi şöyle hesaplanmıştır:
| Cam | U değeri (W/m²K) | İç yüzey sıcaklığı |
|---|---|---|
| Tek cam, 3 mm | 6,30 | −8,4 °C |
| Çift cam, hava dolgulu | 2,78 | 7,4 °C |
| Çift cam, low-e, argon | 1,73 | 12,4 °C |
| Çift cam, seçici low-e, argon | 1,37 | 14,0 °C |
| Üç cam, iki low-e, kripton | 0,65 | 17,6 °C |
Soğuk yüzey iki yoldan rahatsız eder. Birincisi ışınım asimetrisi: vücudun cama bakan yüzü ışınımla ısı kaybeder, arkası kaybetmez. ASHRAE 55 ve ISO 7730'un ilk baskısı, pencere gibi soğuk düşey yüzeyler için bu farkın 10 °C'nin altında kalmasını ister. Aynı çalışmada, klasik çift camlı büyük bir pencereye 1 m uzakta oturan kişide asimetri 9,4 K çıkmıştır. İkincisi aşağı inen soğuk hava akımı (downdraft): camda soğuyan hava ağırlaşır, cam boyunca akıp döşemeye yayılır ve ayak bileğine ulaşır. Çalışmaya göre konut ölçüsündeki pencerelerde bu akımın etkisi genellikle küçüktür; asıl yük ışınımdan gelir.
Çözüm yüzeyi ısıtmaktır: low-e kaplamalı ısıcam, argon dolgu ve sıcak kenar çıtası camın iç yüzünü oda sıcaklığına yaklaştırır. Aynı soğuk yüzey nemli havada yoğuşmaya da yol açar; eşiğin nasıl hesaplandığı çiy noktası sayfasındadır. Pencere tarafında neyin kontrol edileceği pencereden soğuk gelmemesi için yazısında, soğuk noktaların yerini görmenin yolu ise termal kamera ve termografi sayfasında anlatılır. Üretici tarafında düşük U değerli cam seçenekleri Pilkington'un ısı yalıtım camları sayfasında görülebilir. Yazın sorun tersine döner: güneşte ısınan cam ve doğrudan güneş ışını konforu bozar; bunun için camdan gelen sıcağı engelleme yöntemlerine ve dış gölgelendirme için panjura bakılabilir.
Yerden ısıtma ve zemin sıcaklığı
Yerden ısıtma, ışınım payı yüksek bir sistem olduğu için operatif sıcaklığı hava sıcaklığını fazla yükseltmeden artırır ve baş-ayak farkını küçük tutar. ISO 7730'un ilk baskısı zemin yüzeyinin normalde 19-26 °C arasında kalmasını, yerden ısıtmanın 29 °C'ye kadar tasarlanabileceğini söyler; ASHRAE 55'in aralığı 19-29 °C'dir. Aynı standartlar baş (1,1 m) ile ayak bileği (0,1 m) arasındaki farkın oturan kişi için 3 °C'yi aşmamasını ister. Sistem seçimi yerden ısıtma mı radyatör mü, kaplamanın etkisi yerden ısıtmada zemin kaplaması sayfasındadır. Üretici tarafında sistem bileşenleri için Uponor'un yerden ısıtma ve soğutma sayfasına bakılabilir.
İşyerinde termal konfor şartları ve yönetmelik
Türkiye'de konuyu düzenleyen metin, 17 Temmuz 2013 tarihli İşyeri Bina ve Eklentilerinde Alınacak Sağlık ve Güvenlik Önlemlerine İlişkin Yönetmelik'tir. Yönetmeliğin 5. maddesi işverene yeterli aydınlatma, havalandırma ve termal konfor şartlarını sağlama yükümlülüğü verir. Ek-1'in "Ortam sıcaklığı" başlıklı 19. maddesine göre:
- termal konfor şartları çalışanları rahatsız etmeyecek, fiziksel ve psikolojik durumlarını olumsuz etkilemeyecek şekilde olmalıdır;
- çalışma ortamının sıcaklığı çalışma şekline ve çalışanların harcadığı güce uygun olmalıdır;
- dinlenme, soyunma, duş, yemekhane ve ilk yardım odaları kullanım amacına göre yeterli sıcaklıkta tutulmalıdır;
- ısıtma ve soğutma araçları çalışanı rahatsız etmeyecek, kaza riski yaratmayacak biçimde yerleştirilmelidir;
- ölçüm ve değerlendirmede TS EN 27243 standardından yararlanılabilir.
Yönetmelik bir derece sınırı vermez; sayısal değerlendirme standartlara bırakılmıştır. Aynı ekin 18. maddesi havalandırma sistemlerindeki hava akımının çalışanı rahatsız etmemesini ve ani, yüksek sıcaklık farkı yaratmamasını, 33. maddesi çalışanların pencere ve menfezlerden gelen güneş ışığı, ısı ve hava akımlarından korunmasını ister; yani pencere İSG açısından da konforun parçasıdır. Yönetmeliğin andığı TS EN 27243, sıcak ortamlarda ısı stresini WBGT göstergesiyle değerlendirir; ılıman büro ortamlarında konfor değerlendirmesi için ise yaygın olarak ISO 7730 yöntemi kullanılır.
Termal konfor ölçümleri ve kullanılan aletler
Ölçüm aletlerini ISO 7726 standardı tanımlar. Standart konfor ölçümleri için C sınıfını, ısı stresi ölçümleri için S sınıfını ayırır. Temel aletler şunlardır:
- Hava sıcaklığı sensörü: güneş ve ışınımdan korunmuş termometre.
- Siyah küre termometre: ortalama ışınım sıcaklığını yaklaşık hesaplamanın en yaygın yolu; küre sıcaklığı, hava sıcaklığı ve hava hızıyla birlikte değerlendirilir.
- Anemometre: düşük hava hızlarını ölçebilen, yönden bağımsız sıcak tel ya da benzeri sensör.
- Nem ölçer: psikrometre, çiy noktası sensörü ya da elektronik higrometre.
Oturan kişi için sensörler 0,1 m, 0,6 m ve 1,1 m yüksekliğe yerleştirilir. Termal kamera yüzey sıcaklıklarını gösterir ve soğuk yüzeyi bulmaya yarar, ancak tek başına PMV hesaplamaz. Gürültüyü ölçen ses seviyesi ölçer ya da ışığı ölçen lüksmetre termal konfor aleti değildir.
Termal konforun öteki anlamları
Dış mekân ısıl konforu: Meydan, park ve sokak tasarımında hava sıcaklığı, rüzgâr, nem ve güneş ışınımını tek sayıda toplayan UTCI (Evrensel Isıl İklim İndeksi) kullanılır; sonuç "ısı stresi yok"tan "aşırı soğuk ya da sıcak stres"e uzanan kategorilerle verilir.
Tekstilde termal konfor: Kumaşın ısıl direnci ve su buharı geçirgenliği, giysinin clo değerini ve terin uzaklaşıp uzaklaşmadığını belirler.
Taşıtta termal konfor: Araç kabininde güneş, cam ve havalandırma ağızları çok düzensiz bir ortam yaratır. ISO 14505 serisi bu ortamı eşdeğer sıcaklıkla değerlendirir.
Sık sorulan sorular
Termal konfor için ideal oda sıcaklığı kaç derece?
Tek bir değer yoktur; giysiye, iş yüküne, neme ve yüzey sıcaklıklarına göre değişir. ISO 7730'un ilk baskısı, kışın oturarak hafif iş yapan ve normal giyinen kişiler için 20-24 °C operatif sıcaklık önerir.
Termal konforun bileşenleri nelerdir?
Hava sıcaklığı, ortalama ışınım sıcaklığı, hava hızı, bağıl nem, metabolizma (iş yükü) ve giysi yalıtımı. İlk dördü ortamdan, son ikisi kişiden gelir.
İşyerinde termal konfor şartlarını hangi yönetmelik düzenler?
İşyeri Bina ve Eklentilerinde Alınacak Sağlık ve Güvenlik Önlemlerine İlişkin Yönetmelik, özellikle Ek-1'in 19. maddesi. Yönetmelik sayısal sınır koymaz; ortamın çalışma şekline ve harcanan güce uygun olmasını ister.
Pencere değiştirmek termal konforu artırır mı?
Eski tek cam ya da hava dolgulu çift cam yerine düşük U değerli bir cam, iç yüzey sıcaklığını yükseltir; ışınım asimetrisi ve pencereden inen soğuk hava azalır. Seçenekler için pencere ve ürünler sayfalarına bakılabilir.