دمای محسوس واقعی و شاخص گرما - جهان تهویه اعتماد | تولید کننده چیلر | هواساز | پکیج یونیت

شاخص گرما

شاخص گرما شاخصی است که دمای هوا و رطوبت نسبی را در سایه نشان می دهد تا دمای معادل احساس شده ی یک شخص را تعیین کند. رطوبت و وزش باد تاثیر به سزایی بر فاکتور دمای احساس شده دارد. برای مثال وقتی که دما ۳۲ درجه سانتی‌گراد با ۷۰٪ رطوبت نسبی است،شاخص گرما برابر ۴۱ سانتی‌ گراد معادل ۱۰۶ درجه فارنهایت می شود.

بدن انسان بطور معمول با تعریق خود را خنک میکند. با تبخیر عرق بدن ، گرما از بدن گرفته می‌شود با اینکه رطوبت نسبی بالا میزان تبخیر را کاهش می‌دهد. این عامل منجر به کاهش میزان دفع گرما از بدن می‌شود. از این رو احساس گرم شدن بیش از حد می‌شود.

این اثر در افراد مختلف ،متفاوت است، افراد به دلایل مختلف گرما را متفاوت احساس میکنند؛( دلایلی مثل تفاوت در شکل بدن، تفاوت‌های متابولیکی،تفاوت در هیدراتاسیون، بارداری،یائسگی،اثر داروها و یا ترک دارو).

اندازه گیری های آن، براساس توصیفاتِ شخصی از میزان احساس گرمای فرد و یا درجه ی حرارت و رطوبت مشخص فرد صورت گرفته است.

این امر نشان دهنده شاخص گرما است که دما و رطوبت را به یکدیگر مربوط میکند.از آنجا که شاخص گرما ، نشان دهنده دمای هوا در سایه است،  درحالی که مردم اغلب در مناطق آفتابی فعالیت می‌کنند،شاخص گرما می‌تواند دمای بسیار کمتری نسبت به شرایط فعلی و واقعیِ فعالیت های معمول در فضای باز داشته باشد؛ همچنین برای افرادی که در آن زمان فعالیت و یا ورزش می‌کنند، شاخص گرما دمای پایین تری نسبت به شرایط یا دمای احساس شده ایجاد میکند.

تاریخچه:

شاخص گرما در سال ۱۹۷۹ توسط  رابرت جی استدمن مطرح گردید. مانند شاخص سرمای هوا، شاخص گرما شامل تاثیر فرضیاتی درباره توده ی بدنی انسان و قد ، لباس پوشیدن، میزان فعالیت فیزیکی ،تحمل گرمای هر فرد، قرار گرفتنِ فرد در معرض نور خورشید و اشعه ی فرابنفش و سرعت باد است.انحراف قابل توجهی از این فرضیاتِ وجود دارد که باعث می شود در محاسبه شاخص گرما ،دمای احساس شده را به درستی منعکس نکند. در کانادا شاخص رطوبت به اسم humidex که یک نوآوری کانادایی بود که در سال ۱۹۶۵معرفی شد و بجای شاخص گرما مورد استفاده قرار گرفت، در حالی که هردوی آنها با استفاده از نقطه ی شبنم dew point  محاسبه می‌شوند .شاخص رطوبت یا Humidex  نقطه ی شبنم ۷درجه سانتی‌گراد=۴۵F  را بعنوان مرجع استفاده می‌کند. درحالیکه شاخص گرما بعنوان مرجع ۱۴c  =۵۷F  استفاده می‌کند. علاوه بر این ،در محاسبه شاخص گرما از معادلات تعادل گرما استفاده می‌کند که متغیر های دیگری بغیر از فشار بخار در آن دخیل است  که همین پارامتر فشار بخار در محاسبه ی شاخص رطوبت استفاده می‌شود.

از آن زمان کمیته ی مشترکی که برای حل اختلافات توسط ایالات متحده و کانادا تشکیل شده بود منحل شد.

تعریف:

شاخص گرما که با یک ترکیب معین از دمای حباب خشک و رطوبت تعریف می‌شود ،به این صورت که اگر فشار بخار آب در آنجا ۶/۱ کیلو پاسکال باشد دمای حباب خشک همان دمایی است که حس می شود. بدین ترتیب به اذعان استدمن و به عنوان مثال دمای مشخص۲۴ سانتی‌ گراد (۷۵ فارنهایت) ، همان دمای ۲۴ سانتی‌ گراد دمای حباب خشک با فشار بخار ۶/۱ کیلو پاسکال است.

برای مثال این فشار بخار در نمودار سایکرومتریک و سطح دریا با دمای هوای ۲۹ درجه سانتی گراد (۸۴ درجه فارنهایت) و رطوبت نسبی ۴۰ درصد مطابقت دارد و در جدول استدمن در۴۰ درصد رطوبت نسبی، دمای ظاهری برابر است با دمای واقعی بین ۲۶ الی ۳۱ درجه سانتی گراد که معادل ۷۹ الی ۸۸ درجه فارنهایت هست در فشار اتمسفر استاندارد ۱۰۱ و ۳۲۰ کیلو پاسکال ، این مبنا همچنین با خط دمای شبنم ۱۴ سانتی گراد (۵۷ درجه فارنهایت) با اختلاف یک صدم مطابقت دارد ( ۱۰ گرم بخار آب در ازای هرکیلوگرم هوای خشک)

مقدار معینی از رطوبت نسبی باعث افزایش بیشتر شاخص گرما در دماهای بالاتر می‌شود برای مثال تقریبا در دمای ۲۷ درجه سانتی گراد اگر رطوبت نسبی ۴۱ درصد باشد شاخص گرما با دمای واقعی همخوانی پیدا خواهد کرد .اما در ۴۳ درجه سانتی‌گراد با هررطوبت نسبی بالاتر از ۱۸ درصد شاخص گرما بالاتر از ۴۳ سانتی‌گراد  می رود.

مطالب گفته شده فقط در صورتی معتبر است که دما ۲۷ درجه سانتیگراد (۸۱ درجه فارنهایت) یا بیشتر باشد. آستانه رطوبت نسبی ، که در زیر آن یک محاسبه شاخص گرما عددی برابر یا پایین تر از دمای هوا را نشان می دهد (شاخص گرمای پایین تر به طور کلی نامعتبر است) ، با دما متفاوت است و خطی نیست.

شاخص گرما ونقطه مقابل آن شاخص رطوبت یا Humidex  هر دو ، دو متغییر را در نظر می‌گیرند، درجه حرارت سایه و رطوبت هوا را ، بنابر این تنها تخمین محدودی از دمای آسایش ارائه می دهد. عوامل اضافی مانند تابش آفتاب ، باد و انتخاب لباس‌های هر فرد نیز روی دمای احساس شده تاثیر می‌گذارد. این فاکتورها به عنوان عوامل ثابت در فرمول شاخص گرما محسوب می‌شود برای مثال باد ۳/۹ کیلومتر برساعت فرض می‌شود.

وزش باد از روی پوست خیس یا عرق کرده باعث تبخیر و خشک شدن آن می‌شود که شاخص گرما آنرا اندازه گیری نمی‌کند. عامل اصلی دیگر آفتاب است ، ایستادن زیر نور مستقیم  خورشید میتواند تا ۳/۸ درجه فارنهایت  یا ۱۵ درجه سانتی‌گراد  به گرمای ظاهری درمقایسه با  سایه اضافه کند . تلاش های برای دستیابی به دمای ظاهری جهانی انجام  شده که پارامترهای مهمی در آن دخیل هستند مثل دمای جهانی حباب مرطوب دمای نسبی فضای بیرونی

ملاحظات یا سنجش های هواشناسی :

در فضای باز و در شرایط باز ، با افزایش رطوبت نسبی ، ابتدا تیرگی و در نهایت پوشش ابر ضخیم تری ایجاد می شود و میزان رسیدن مستقیم نور خورشید به سطح را کاهش می دهد. بنابراین ، بین پتانسیل حداکثر دمای و پتانسیل حداکثر رطوبت نسبی رابطه معکوس وجود دارد. به دلیل همین عامل ، زمانی اعتقاد بر این بود که بالاترین میزان خوانش شاخص گرما که در واقع در هر نقطه از کره زمین قابل دستیابی است ، تقریباً ۷۱ درجه سانتیگراد (۱۶۰ درجه فارنهایت) بود. با این حال ، در ظهران ، عربستان سعودی در ۸ ژوئیه ۲۰۰۳ ، نقطه شبنم ۳۵ درجه سانتیگراد (۹۵ درجه فارنهایت) در حالی که دما ۴۲ درجه سانتیگراد (۱۰۸ درجه فارنهایت) بود ، در نتیجه شاخص گرما ۷۸ درجه سانتیگراد (۱۷۲ درجه فارنهایت) بود.

بدن انسان برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد نیاز به خنک شدن به وسیله تبخیر دارد . دمای حباب مرطوب و دمای جهانی حباب مرطوب برای تعیین  توانایی بدن در از بین بردن دمای اضافی استفاده می‌شود. دمای حباب مرطوب پایدار حدود ۳۵ درجه سانتی گراد  که معادل ۹۵ درجه فارنهایت  است می‌تواند برای افراد سالم کشنده باشد ، در این دما بدن ما ازانتقال گرما به محیط به سمت دریافت گرما از محیط اطراف تغییر می‌کند. بنابراین دمای حباب مرطوب ۳۵ درجه سانتی‌گراد  یا ۹۵ درجه فارنهایت  آستانه ای هست که بدن دیگر قادر به خنک کردن خود نخواهد بود .

جدول زیر مربوط به سازمان ملی اقیانوسی و جوی ایالات متحده است. ستون ها از ۸۰ درجه فارنهایت (۲۷ درجه سانتی گراد) شروع می شوند ، اما در رطوبت بالا نیز اثر شاخص گرما در ۷۹ درجه فارنهایت (۲۶ درجه سانتیگراد) و دمای مشابه نیز وجود دارد.

 

جدول
راهنمای-رنگ-ها

مثلا وقتی دمای هوا ۹۶ درجه فارنهایت  یا ۳۶ درجه سانتی‌گراد  هست و رطوبت نسبی ۶۵ درصد است شاخص گرما ۴۵درجه سانتی‌گراد  یا ۱۲۰ درجه فارنهایت  است .

اثرات شاخص گرما:

دما

۲۶الی۳۲ °C

احتیاط: خستگی با قرار گرفتن در معرض آن بصورت طولانی مدت امکان پذیر است.

۳۲الی۴۱ °C

احتیاط زیاد: امکان احساس گرما وخستگی وجود دارد ودر صورت ادامه ی فعالیت ممکن  است منجر به گرما زدگی شود.

۴۱الی۵۴ °C

خطر: گرما زدگی و کلافه گی بر اثر گرما زیاد و احتمال غش کردن  در اثر گرما و در اثر ادامه فعالیت.

بیش از

 

۵۴ °C

خطر بسیار زیاد و شدید: گرمازدگی و غش قریب الوقوع است.

قرار گرفتن در معرض کامل آفتاب می‌تواند مقادیر شاخص گرما را تا ۸ درجه سانتی‌گراد معادل ۱۴ درجه فارنهایت افزایش دهد

 

نمودار

مقایسه ی مقادیر شاخص گرما (دایره ها) با فرمول تقریبی (منحنی ها) .

فرمول های زیادی  وجود دارند که ابداع شدند و تا نظریه های اصلی استدمن را تخمین بزنند .

اندرسن ات ال در سال ۲۰۱۳ ،NWS در سال ۲۰۱۱ وجانسون و لانگ در سال ۲۰۰۴ ،اسچئون در  ۲۰۰۵ ,کارهایی در این زمینه ترتیب دادند . ۲ نفراول  با استفاده از مجموعه فرمول ها به نتیجه رسیدند ، اما نفر سوم با یک فرمول واحد همراه با توابع نمایی به همان نتیجه رسید.

فرمول زیر شاخص گرما را در وحد درجه فارنهایت به صورت تقریبی و با تقریب ۳/۱ درجه فارنهایت =۷/۰ سانتی‌گراد بیان می‌کند.

این یعنی وابسته کردن چند متغیر به بدن انسان است ( دمای بزرگتر و یا مساوی ۸۰ فارنهایت =۲۷ سانتی‌گراد) و( رطوبت نسبی‌ بزرگتر و یا مساوی ۴۰٪ ).

معادله-1

HI = شاخص گرما (در درجه فارنهایت)

T =  دمای حباب خشک  (درجه فارنهایت)

R= رطوبت نسبی

اعداد-1

از ضرایب زیر می‌توان برای تعیین شاخص گرما در هنگام هنگام درجه ی حرارت (وقتی دما داده می‌شود) و در درجه سلسیوس استفاده کرد:

  • c1 = -8.78469475556
  • c2 = 1.61139411
  • c3 = 2.33854883889
  • c4 = -0.14611605
  • c5 = -0.012308094
  • c6 = -0.0164248277778
  • c7 = 0.002211732
  • c8 = 0.00072546
  • c9 = -0.000003582

یک مجموعه از اعداد ثابت برای این معادله که در ± ۳ درجه فارنهایت (۱.۷ درجه سانتیگراد) از جدول اصلی NWS برای تمام رطوبت از ۰ تا ۸۰ و تمام دمای بین ۷۰ و ۱۱۵ درجه فارنهایت (۲۱-۴۶ درجه سانتیگراد) و تمام شاخص های حرارتی زیر ۱۵۰ درجه فارنهایت (۶۶ درجه سانتیگراد) عبارتند از:

اعداد-2

گزینه جایگزین دیگر این است :

معادله-2

که میشود:

اعداد4

برای مثال استفاده از این فرمول آخر با دمای ۹۰ درجه فارنهایت C=32 درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی ۸۵٪: 

نتیجه خواد بود =شاخص گرما ۹۰درجه فارنهایت  و  رطوبت نسبی RH   ۸۵٪= ۹/۱۱۴

منابع مقاله

گردآوری، ترجمه و تدوین : محدثه جوهری