ΘΕΡΜΙΚΗ ΑΝΕΣΗ, ΘΕΡΜΙΚΗ ΑΙΣΘΗΣΗ ΚΑΙ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΝΤΙ ΡΑΣΕΙΣ ΤΟΥ ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ ΣΕ ΘΕΡΜΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΚΑΙ ΚΑΠΟ ΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΤΟΜΕΑΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ - ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΑΣ ΘΕΡΜΙΚΗ ΑΝΕΣΗ, ΘΕΡΜΙΚΗ ΑΙΣΘΗΣΗ ΚΑΙ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΝΤΙ ΡΑΣΕΙΣ ΤΟΥ ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ ΣΕ ΘΕΡΜΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΕΥΡΥΚΛΕΙΑ Β. ΧΑΤΖΗ A.M ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: Γ. Α. ΘΕΟΧΑΡΑΤΟΣ ΑΘΗΝΑ 2011

2 Η παρούσα µεταπτυχιακή εργασία εκπονήθηκε υπό την επίβλεψη του Αναπληρωτή Καθηγητή κ. Γ. Θεοχαράτου στα πλαίσια του Μεταπτυχιακού Προγράµµατος Σπουδών της Φυσικής Περιβάλλοντος, του Τµήµατος Φυσικής του Πανεπιστηµίου Αθηνών. Την τριµελή επιτροπή κρίσης της διπλωµατικής εργασίας αποτελούσαν οι κάτωθι: Γεώργιος Θεοχαράτος, Αναπληρωτής Καθηγητής Τµήµατος Φυσικής Πανεπιστηµίου Αθηνών ηµοσθένης Ασηµακόπουλος, Καθηγητής Τµήµατος Φυσικής Πανεπιστηµίου Αθηνών Ματθαίος Σανταµούρης, Καθηγητής Τµήµατος Φυσικής Πανεπιστηµίου Αθηνών 1

3 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Αντικείµενο της παρούσας εργασίας είναι η µελέτη των φυσιολογικών αντιδράσεων του ανθρώπινου οργανισµού, η διερεύνηση της πιθανής σχέσης τους µε τις µετεωρολογικές παραµέτρους που καθορίζουν το θερµικό του περιβάλλον καθώς και η εκτίµηση θεωρητικών µοντέλων πρόβλεψης θερµικής αίσθησης. Οι µετρήσεις πραγµατοποιήθηκαν σε τρεις περιοχές της Αθήνας (Πλατεία Συντάγµατος, Οδός Ερµού, Παραλία Φλοίσβου) κατά τη διάρκεια έξι ηµερών του Ιουλίου 2010 µε τη συµµετοχή 5 ατόµων. Οι θερµοφυσιολογικές παράµετροι (θερµοκρασία δέρµατος, ροή θερµότητας, ρυθµός µεταβολισµού) των πέντε ατόµων µετρήθηκαν χρησιµοποιώντας συσκευές Sense Wear Pro II Armband ενώ παράλληλα οι µετεωρολογικές παράµετροι (θερµοκρασία αέρα, σχετική υγρασία, ταχύτητα ανέµου, θερµοκρασία γκρι σφαίρας και ολική ηλιακή ακτινοβολία) καταγράφονταν από έναν κινητό µετεωρολογικό σταθµό που βρίσκονταν στον ίδιο χώρο. Η σύγκριση των πειραµατικών τιµών της θερµοκρασίας δέρµατος και της µέσης θερµοκρασίας ακτινοβολίας µε τις αντίστοιχες θεωρητικές τιµές έγινε αφού οι δεύτερες υπολογίστηκαν µέσω του µοντέλου MENEX. Ενώ για την αξιολόγηση της πρόβλεψης της θερµικής αίσθησης και θερµικής άνεσης του ανθρώπινου οργανισµού, υπολογίστηκαν οι δείκτες Θερµικής Αίσθησης (TS) και Θερµικού Φορτίου (HL) ώστε να συγκριθούν µε την πραγµατική θερµική αίσθηση που αισθάνονταν τα πέντε άτοµα όπως την κατέγραφαν ανά 30 λεπτά σε ερωτηµατολόγια. Τα αποτελέσµατα έδειξαν ότι υπάρχει στατιστικά σηµαντική σχέση µεταξύ της θερµοκρασίας δέρµατος και των µετεωρολογικών παραµέτρων. Επίσης οι θεωρητικές τιµές τόσο της θερµοκρασίας δέρµατος όσο και της µέσης θερµοκρασίας ακτινοβολίας υποεκτιµούν τις πραγµατικές τιµές. Τέλος, όσον αφορά την αξιολόγηση των δύο δεικτών προκύπτει ότι µόνο το 29% των απαντήσεων των πέντε ατόµων όσον αφορά τη θερµική αίσθηση προβλέπεται από τον δείκτη TS ενώ από τον δείκτη HL προβλέπεται το 50% των απαντήσεων. Λέξεις Κλειδιά: Θερµοκρασία δέρµατος, Μέση θερµοκρασία ακτινοβολίας, Θερµική άνεση, βιοκλιµατικοί δείκτες 2

4 ABSTRACT The subject of this study is to examine the physiological reactions of human body, to determine their possible relation with meteorological parameters which define the thermal environment and also to estimate theoretical models who forecast thermal sensation. The measurements took place in three areas of Athens region (Syntagma square, Ermou street and Flisvos beach) during 6 days in June 2010 with the participation of 5 subjects (3 men and 2 women). The thermophysiological parameters (skin temperature, metabolic heat production and heat flux) were measured by the device Sense Wear ProII Armband. At the same time the meteorological parameters (air temperature, relative humidity, wind speed, globe temperature and total solar radiation) were measured by a mobile meteorological station. The theoretical values of skin temperature and mean radiant temperature were estimated applying the MENEX model in order to estimate the forecast of human thermal sensation and thermal comfort the indices TS and HL were calculated. The results indicated statistically significant relationship between skin temperature and meteorological parameters. The theoretically estimated values of skin temperature and mean radiant temperature were underestimated in relation to the values measured. Finally concerning the two indices, the results indicated that index TS forecasts about the 29% of thermal sensation votes of subjects, while the index HL forecasts 50% of thermal sensation votes. Key Words: Skin temperature, mean radiant temperature, thermal comfort, bioclimatic indices. 3

5 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Σελίδα ΠΡΟΛΟΓΟΣ 3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΘΕΡΜΙΚΗ ΑΝΕΣΗ 1.1 Βιοκλιµατολογία του ανθρώπου Ηλιακή ακτινοβολία Θερµοκρασία Άνεµος Υγρασία Θερµική άνεση Θερµικό Ισοζύγιο Φυσιολογικές διεργασίες και θερµοφυσιολογία του ανθρώπου Θερµοκρασία δέρµατος Θερµότητα Ρυθµός µεταβολισµού 15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΟΙ ΕΙΚΤΕΣ 2.1 Γενικά είκτης Θερµικής Αίσθησης (Thermal sensation Index, TS) είκτης Θερµικού Φορτίου (Heat Load, HL) 20 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΣ 3.1 Περιοχές µελέτης Μεθοδολογία Μετρήσεις µετεωρολογικών παραµέτρων Μέτρηση φυσιολογικών παραµέτρων Ερωτηµατολόγιο Μέθοδος Υπολογισµός θεωρητικών τιµών Υπολογισµός βιοκλιµατικών δεικτών Επεξεργασία δεδοµένων Συντελεστής Γραµµικής συσχέτισης Pearson Γραµµική Παλινδρόµηση Συστηµατικό σφάλµα Πίνακες συνάφειας (crosstabulation) 33 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 4.1 Περιοχή Πλατείας Συντάγµατος Μετεωρολογικές παράµετροι κατά την διάρκεια των µετρήσεων 34 1

6 στην Πλατεία Συντάγµατος Φυσιολογικές παράµετροι κατά την διάρκεια των µετρήσεων στην 36 Πλατεία συντάγµατος Συσχέτιση µεταξύ µετεωρολογικών και φυσιολογικών παραµέτρων Σύγκριση θεωρητικών και πειραµατικών τιµών της θερµοκρασίας 44 έρµατος και της µέσης θερµοκρασίας ακτινοβολίας 4.2 Οδός Ερµού Μετεωρολογικές παράµετροι κατά την διάρκεια των µετρήσεων 52 στην Οδό Ερµού Φυσιολογικές παράµετροι κατά την διάρκεια των µετρήσεων στην 53 Οδό Ερµού Συσχέτιση µεταξύ µετεωρολογικών και φυσιολογικών παραµέτρων Σύγκριση θεωρητικών και πειραµατικών τιµών της θερµοκρασίας 62 έρµατος και της µέσης θερµοκρασίας ακτινοβολίας 4.3 Περιοχή Παραλίας Φλοίσβου Μετεωρολογικές παράµετροι κατά την διάρκεια των µετρήσεων 69 στην Παραλία του Φλοίσβου Φυσιολογικές παράµετροι κατά την διάρκεια των µετρήσεων στην 70 Παραλία του Φλοίσβου Συσχέτιση µεταξύ µετεωρολογικών και φυσιολογικών παραµέτρων Σύγκριση θεωρητικών και πειραµατικών τιµών της θερµοκρασίας 79 έρµατος και της µέσης θερµοκρασίας ακτινοβολίας 4.4 Μετεωρολογικές και φυσιολογικές παράµετροι κατά τη διάρκεια των 87 µετρήσεων και στις τρεις περιοχές Ηµερήσια κύµανση των µετεωρολογικών παραµέτρων για όλες της 87 ηµέρες των µετρήσεων Ηµερήσια κύµανση της µέσης θερµοκρασίας δέρµατος και της 90 µέσης ροής θερµότητας για όλες τις ηµέρες των µετρήσεων Συντελεστές γραµµικής συσχέτισης µεταξύ της θερµοκρασίας 91 δέρµατος και των µετεωρολογικών παραµέτρων για το σύνολο των ηµερών Σύγκριση θεωρητικών και πειραµατικών τιµών της θερµοκρασίας 92 δέρµατος και της µέσης θερµοκρασίας ακτινοβολίας για το σύνολο των µετρήσεων 4.5 Επεξεργασία απαντήσεων ερωτηµατολογίων Συνολική άνεση στο χώρο Ψήφος θερµικής αίσθησης Σύγκριση ψήφου θερµικής αίσθησης µε τον δείκτη TS Σύγκριση ψήφου θερµικής αίσθησης µε τον δείκτη HL Επιθυµία θερµικής αίσθησης 103 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 104 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 107 2

7 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Αντικείµενο της παρούσας εργασίας είναι η µελέτη των φυσιολογικών αντιδράσεων του ανθρώπινου οργανισµού, η διερεύνηση της πιθανής σχέσης τους µε τις µετεωρολογικές παραµέτρους που καθορίζουν το θερµικό του περιβάλλον καθώς και η εκτίµηση θεωρητικών µοντέλων πρόβλεψης θερµικής αίσθησης. Για την µελέτη των φυσιολογικών αντιδράσεων του ανθρώπινου οργανισµού έγιναν µετρήσεις χρησιµοποιώντας συσκευές Sense Wear Pro II Armband ενώ παράλληλα οι µετεωρολογικές παράµετροι καταγράφονταν από έναν κινητό µετεωρολογικό σταθµό που βρισκόταν στον ίδιο χώρο. Η σύγκριση των πειραµατικών τιµών της θερµοκρασίας δέρµατος και της µέσης θερµοκρασίας ακτινοβολίας µε τις αντίστοιχες θεωρητικές τιµές έγινε αφού οι δεύτερες υπολογίστηκαν µέσω του µοντέλου MENEX. Τέλος για την αξιολόγηση της πρόβλεψης της θερµικής αίσθησης και θερµικής άνεσης του ανθρώπινου οργανισµού, υπολογίστηκαν οι δείκτες Θερµικής Αίσθησης (TS) και Θερµικού Φορτίου (HL) ώστε να συγκριθούν µε την πραγµατική θερµική αίσθηση. Στο Κεφάλαιο 1 γίνεται µία συνοπτική παρουσίαση των µετεωρολογικών παραµέτρων που επηρεάζουν την θερµική άνεση του ανθρώπου καθώς επίσης και τα βασικά στοιχεία των φυσιολογικών διεργασιών του ανθρώπινου οργανισµού προκειµένου να εξασφαλιστεί το θερµικό ισοζύγιο. Στο Κεφάλαιο 2 παρουσιάζονται οι βιοκλιµατικοί δείκτες που θα χρησιµοποιηθούν καθώς επίσης και οι εξισώσεις µε τις οποίες υπολογίζονται. Στο Κεφάλαιο 3 περιλαµβάνεται το υλικό που χρησιµοποιήθηκε, ο τρόπος επεξεργασίας των δεδοµένων και η στατιστική ανάλυση που ακολουθήθηκε. Στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα της επεξεργασίας των δεδοµένων και για τις τρεις περιοχές, η σύγκριση θεωρητικών και πειραµατικών τιµών καθώς επίσης και η επεξεργασία των απαντήσεων ερωτηµατολογίων σε σχέση µε τις υπολογισµένες τιµές των δεικτών. Στο Κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα που προκύπτουν από την µελέτη. Θεωρώ καθήκον µου να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα αναπληρωτή καθηγητή Γεώργιο Θεοχαράτο που µε τίµησε µε την επίβλεψη του στην παρούσα εργασία και την δυνατότητα που µου έδωσε να αποκτήσω επιστηµονικές γνώσεις πάνω στο γνωστικό αυτό αντικείµενο. 3

8 Ακόµη θέλω να ευχαριστήσω την υποψήφια διδάκτορα κα Κατερίνα Πανταβού για την πολύτιµη βοήθεια της στο σχεδιασµό της παρούσας εργασίας και στα διάφορα στάδια επεξεργασίας της. Ευχαριστίες θα ήθελα να απευθύνω και στους καθηγητές. Ασηµακόπουλο και Μ. Σανταµούρη για την συµβολή τους στην ολοκλήρωση της εργασίας µου και ιδιαίτερα τον καθηγητή Μ. Σανταµούρη για την παραχώρηση του οργάνου µέτρησης της θερµοκρασίας του εδάφους Infrared Τhermometer Cole Palmer ( ). Ακόµη, θα ήθελα να ευχαριστήσω το Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών (ΕΑΑ) και ιδιαίτερα τον κύριο ερευνητή κ. Β. Ψυλόγλου και τον ειδικό τεχνικό επιστήµονα κ. Σπ. Λυκούδη για τη βοήθεια τους στη βαθµονόµηση των οργάνων και για την υποστήριξή τους στην δηµιουργία του κινητού µετεωρολογικού σταθµού. Τέλος θέλω να ευχαριστήσω το Κέντρο Ανανεώσιµων Πηγών και Εξοικονόµησης Ενέργειας (ΚΑΠΕ) για την βαθµονόµηση του ανεµοµέτρου που χρησιµοποιήθηκε στις µετρήσεις. Αθήνα, Ιούλιος 2011 Ευρύκλεια Χατζή 4

9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΘΕΡΜΙΚΗ ΑΝΕΣΗ 1.1 Βιοκλιµατολογία του ανθρώπου Η Βιοκλιµατολογία του ανθρώπου έχει ως στόχο να βρει τον τρόπο µε τον οποίο οι ατµοσφαιρικές παράµετροι επηρεάζουν την κατάσταση του ανθρώπινου οργανισµού. Η θερµοκρασία του αέρα, η µέση θερµοκρασία ακτινοβολίας, η υγρασία και ο άνεµος είναι οι τέσσερις βασικές περιβαλλοντικές παράµετροι, οι οποίες επηρεάζουν την απόκριση του ανθρώπου στο εκάστοτε θερµικό περιβάλλον. Οι παραπάνω παράµετροι µαζί µε τη µεταβολική παραγωγή θερµότητας (κατά τη διάρκεια των ανθρώπινων δραστηριοτήτων) και την ένδυση, αποτελούν τους έξι θεµελιώδεις παράγοντες που ορίζουν το ανθρώπινο θερµικό περιβάλλον (Parsons 2003). Ο συνδυασµός ζέστης και υψηλής σχετικής υγρασίας µπορεί να προκαλέσει δυσφορία, θερµοπληξία ή ακόµα και το θάνατο. Το ανθρώπινο σώµα προσπαθώντας να διατηρήσει την εσωτερική του θερµοκρασία σταθερή (37 C) αντιδρά στις διάφορες µεταβολές του θερµικού περιβάλλοντος. Στην περίπτωση υψηλών θερµοκρασιών το ανθρώπινο σώµα, αποβάλλει θερµότητα κυρίως µέσω της εφίδρωσης. Καθώς η θερµοκρασία του σώµατος αυξάνεται τα αιµοφόρα αγγεία διαστέλλονται προκειµένου να αυξηθεί η ροή του αίµατος από το εσωτερικό του σώµατος προς την επιδερµίδα. Το αίµα κυκλοφορεί διαµέσου πολύ λεπτών τριχοειδών αγγείων περνώντας στα ανώτερα στρώµατα της επιδερµίδας αποβάλλοντας κάποια περίσσεια θερµότητας. Την ίδια στιγµή το νερό µετακινείται διαµέσου του αίµατος στην επιδερµίδα µε µια διαδικασία που ονοµάζεται εφίδρωση. Περίπου το 90% της θερµοκρασίας του σώµατος χάνεται µέσω του δέρµατος ενώ το µεγαλύτερο ποσοστό από αυτό χάνεται µέσω της εφίδρωσης. Η εφίδρωση ωστόσο από µόνη της δεν συντελεί καθόλου στην ψύξη του σώµατος παρά µόνο όταν το νερό µετακινηθεί µε εξάτµιση. Όταν η υγρασία είναι υψηλή µεγάλο µέρος της θερµότητας που χάνεται εξισορροπείται από ένα σχεδόν ίσο θερµικό κέρδος, και έτσι η ψύξη του σώµατος είναι ελάχιστη οδηγώντας το σε υπερθέρµανση και σε κατάσταση θερµικής δυσφορίας (heat stress). 5

10 Στη συνέχεια γίνεται µια σύντοµη αναφορά σε κάθε παράγοντα που διαµορφώνει τις κλιµατικές συνθήκες κάθε τόπου που επηρεάζουν την παραµονή του ανθρώπου σε αυτό Ηλιακή ακτινοβολία Με τον όρο ηλιακή ακτινοβολία ή ηλιακή ενέργεια αναφερόµαστε στην ακτινοβολία που παίρνει η γη από τον ήλιο. Η ηλιακή ακτινοβολία είναι κατά το µεγαλύτερό της ποσοστό ηλεκτροµαγνητικής φύσης (περίπου 99%) και κατά το υπόλοιπο σωµατιδιακής. Το κύριο µέρος του φάσµατος, που αντιπροσωπεύει περισσότερο από το 98% της, βρίσκεται µεταξύ των µηκών κύµατος λ=0,13µm και λ=25µm. Γενικά, η ακτινοβολία που περνά µέσα από την ατµόσφαιρα µπορεί να διαχωριστεί σε τρία βασικά µέρη: την υπεριώδη ακτινοβολία (UV), την ορατή (VIS) και την υπέρυθρη (IR). Η ορατή ακτινοβολία, παρόλο που καταλαµβάνει πολύ µικρό µέρος του φάσµατος, περιέχει το 45% της εκπεµπόµενης ενέργειας, η υπεριώδης το 5% και η υπέρυθρη το 50% αντίστοιχα. Τρεις παράµετροι που παίζουν καθοριστικό ρόλο στο ποσό της ακτινοβολίας που δέχεται µία επιφάνεια είναι η κλίση, ο προσανατολισµός της και η τοπογραφία της. Όσον αφορά τη κλίση, δηλαδή τη γωνία που σχηµατίζει η επιφάνεια µε το οριζόντιο επίπεδο, ο γενικός κανόνας που ισχύει για τη µέγιστη ετήσια ενέργεια είναι η κλίση να είναι ίση µε το γεωγραφικό πλάτος της περιοχής. Για τη µέγιστη ενέργεια τους θερινούς µήνες ένας εµπειρικός κανόνας ορίζει γωνία κλίσης µειωµένη κατά 15 ο περίπου από το γεωγραφικό πλάτος, ενώ τους χειµερινούς 15 ο αυξηµένη σε σχέση µε το γεωγραφικό πλάτος. Ενώ όσον αφορά τον προσανατολισµό, κατά τους χειµερινούς µήνες για την εύκρατη ζώνη ο νότιος προσανατολισµός προσφέρει προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία σχεδόν τριπλάσια από τους άλλους προσανατολισµούς. Επίσης η ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας που φτάνει σε έναν τόπο εξαρτάται από τη τοπογραφία της περιοχής. Έτσι αν ανατολικά και δυτικά του σηµείου της µέτρησης υπάρχουν ψηλά εµπόδια (δένδρα, οικήµατα, βουνά), τότε το σηµείο αυτό βρίσκεται για αρκετά χρονικό διάστηµα στη σκιά του εµποδίου, µε αποτέλεσµα την ελάττωση της διάρκειας ηλιοφάνειας. 6

11 1.1.2 Θερµοκρασία Με τον γενικό όρο θερµοκρασία αναφερόµαστε πρακτικά στην θερµοκρασία του αέρα και τη θερµοκρασία του εδάφους. Η θερµοκρασία του αέρα παρουσιάζει έντονες µεταβολές ανάλογα µε τα αέρια ρεύµατα σε µια τοποθεσία, την προέλευση τους και την ταχύτητα του ανέµου. ιαφοροποίηση υπάρχει και στη θερµοκρασία του αέρα κοντά στο έδαφος και σε διαφορετικά ύψη. Όσον αφορά τη θερµοκρασία του εδάφους η ηλιακή ακτινοβολία είναι αυτή που έχει άµεση επίδραση στη θέρµανση του, ενώ καθοριστικό ρόλο παίζει η διαµόρφωση του εδάφους, η έκθεση κάθε επιφάνειας στον ήλιο, η ταχύτητα του αέρα και η βλάστηση, η οποία εµποδίζει ένα ποσοστό της ηλιακής ακτινοβολίας να φτάσει στο έδαφος, ελέγχει την εξάτµιση του νερού, ενώ το βράδυ εµποδίζει την ακτινοβολία να διαφύγει από το έδαφος προς το περιβάλλον περιορίζοντας τη πτώση της θερµοκρασίας. Κατά κανόνα η θερµοκρασία εµφανίζεται υψηλότερη σε µια µεγάλη πόλη σε σχέση µε την ύπαιθρο σε κοντινή απόσταση και αυτό µπορεί να εξηγηθεί διότι στα αστικά κέντρα η επιρροή από τις επιφάνειες των κτιρίων, ο χρωµατισµό τους, τα υλικά κατασκευής, η ύπαρξη βλάστησης (πάρκα, κήποι, παρτέρια), η κίνηση του αέρα ανάµεσα στα κτίρια και η συγκέντρωση υδάτων είναι µεγάλη στη διαµόρφωση του τοπικού µικροκλίµατος της περιοχής Άνεµος Οι αέριες µάζες παρουσιάζουν διαφορετικές θερµοκρασίες και πιέσεις και λόγω της αρχής της ισορροπίας κινούνται από περιοχές υψηλότερων πιέσεων προς περιοχές χαµηλότερων πιέσεων. Η κίνηση αυτή είναι γνωστή ως άνεµος. Επίσης οι τοπικές συνθήκες και κυρίως η γεωµορφολογία τροποποιούν την κίνηση του ανέµου δηµιουργώντας αποκλίσεις από την γενική κατεύθυνση του ανέµου καθώς και διαφορές στην θερµοκρασία και την πίεση. Σε αστικό επίπεδο, η ταχύτητα του ανέµου είναι αισθητά µικρότερη λόγω των κτιρίων, σε µικρό όµως ύψος πάνω από τα κτίρια η ταχύτητα του ανέµου επανέρχεται σε φυσιολογικά επίπεδα. 7

12 1.1.4 Υγρασία Η ατµόσφαιρα, κυρίως στο κατώτερο τµήµα της, περιέχει πάντοτε µια µεταβλητή ποσότητα νερού. Η ποσότητα αυτή παρουσιάζεται σε αέρια κατάσταση (υδρατµοί), σε υγρή (νέφη και υδροσταγονίδια, βροχή, οµίχλη) και σε στερεή (χιόνι, χαλάζι, νέφη από παγοκρυστάλλους). Ο ατµοσφαιρικός αέρας σε κάθε τιµή της θερµοκρασίας του µπορεί να συγκρατήσει ορισµένη ποσότητα υδρατµών που αν τη ξεπεράσει συµπυκνώνει τους επιπλέον υδρατµούς. Η οριακή αυτή ποσότητα των υδρατµών που µπορεί να συγκρατήσει ο ατµοσφαιρικός αέρας, σε συγκεκριµένη θερµοκρασία, αποδεικνύεται ότι είναι ορισµένη και εξαρτάται µόνο από τη τιµή της θερµοκρασίας. Στην περίπτωση που ο αέρας περιέχει µια τέτοια ορισµένη ποσότητα υδρατµών, λέµε ότι ο αέρας είναι κορεσµένος σε υδρατµούς, διαφορετικά λέµε ότι ο αέρας είναι ακόρεστος σε υδρατµούς. Ένα µέγεθος προσδιορισµού της υγρασίας είναι η σχετική υγρασία, η οποία δίνει το µέτρο του κατά πόσο η ατµόσφαιρα είναι µακριά ή κοντά στο σηµείο κορεσµού. Αυτό έχει µεγάλη σηµασία από κλιµατολογική και βιολογική πλευρά, γιατί οι διάφοροι οργανισµοί επηρεάζονται από τη σχετική και όχι από την απόλυτη υγρασία. 1.2 Θερµική άνεση Με τον όρο θερµική άνεση εννοούµε την κατάσταση αυτή του µυαλού που εκφράζει ικανοποίηση µε το θερµικό περιβάλλον (ASHRAE 1966, ISO ). Έτσι ο όρος θερµική άνεση περιγράφει την ψυχολογική κατάσταση του µυαλού ενός ατόµου και αναφέρεται συνήθως από την σκοπιά εάν ένας άνθρωπος νιώθει ζέστη ή κρύο και είναι µία υποκειµενική αίσθηση. Η θερµική άνεση στην πραγµατικότητα είναι πολύ δύσκολο να καθοριστεί γιατί πρέπει να ληφθεί υπόψη ένα πλήθος µετεωρολογικών και προσωπικών παραγόντων για να αποφασιστεί τι κάνει τους ανθρώπους να νιώθουν άνετα. Έτσι σύµφωνα µε τον ορισµό του ASΗRAE (1992), για τη θερµική άνεση, η ζώνη της θερµικής άνεσης είναι οι ατµοσφαιρικές συνθήκες όπου το 80% των ανθρώπων που στέκονται ή κάνουν ελαφριά εργασία βρίσκουν το περιβάλλον 8

13 θερµικά αποδεκτό. Αυτό σηµαίνει ότι η θερµική άνεση δεν µετριέται µε τη θερµοκρασία του αέρα αλλά µε τον αριθµό των ανθρώπων που παραπονιούνται για τις µη άνετες συνθήκες. Η θερµική δυσφορία µπορεί να είναι πιο έντονη σε αστικές περιοχές επειδή τα επίπεδα της θερµοκρασίας είναι υψηλότερα στο κέντρο των πόλεων απ ότι στα προάστια λόγω του φαινοµένου της αστικής θερµικής νησίδας. Η πιο κοινά χρησιµοποιούµενη ένδειξη της θερµικής άνεσης είναι η θερµοκρασία του αέρα και αυτό συµβαίνει γιατί είναι εύκολο να υπολογιστεί και να κατανοηθεί από τον άνθρωπο. Παρόλα αυτά όµως η θερµοκρασία του αέρα από µόνη της δεν είναι ούτε έγκυρη ούτε ακριβής ένδειξη για τον προσδιορισµό της θερµικής άνεσης. Η θερµοκρασία του αέρα θα πρέπει πάντα να εξετάζεται σε σχέση µε άλλους περιβαλλοντικούς και προσωπικούς παράγοντες. Οι έξι παράγοντες σύµφωνα µε το ISO7730 που επηρεάζουν την θερµική άνεση είναι οι περιβαλλοντικοί: θερµοκρασία αέρα, θερµοκρασία ακτινοβολίας, ταχύτητα ανέµου, σχετική υγρασία και οι προσωπικοί: ένδυση και ρυθµός µεταβολισµού. Η µελέτη της θερµικής άνεσης είναι πολύ σηµαντική για τον άνθρωπο γιατί επηρεάζει την ικανότητα του για εργασία (Kerslake 1972, Bridger 2003), τη πνευµατική του διαύγεια (Ramsey 1995), τη ψυχολογική του κατάσταση αλλά και την υγεία του (Leithead et al 1964). Έτσι η παραµονή σε ένα χώρο από ένα άτοµο που δεν νιώθει θερµικά άνετα θα έχει ως αποτέλεσµα να µειωθεί η παραγωγικότητα του και ο χρόνος που θα παραµείνει στο συγκεκριµένο µέρος να είναι περιορισµένος. Σε περιπτώσεις υψηλών θερµοκρασιών η ανθρώπινη δραστηριότητα γίνεται εξαιρετικά δύσκολη και όσο η θερµοκρασία ανεβαίνει το άτοµο που εκτίθεται έχει να αντιµετωπίσει µια σειρά επικίνδυνων καταστάσεων. Κατά σειρά παρατηρούνται έντονη εφίδρωση, θερµική αποβολή, σπασµοί και θερµική προσβολή. Στη θερµική αποβολή εµφανίζονται τάσεις λιποθυµίας, σηµάδια κόπωσης, ταχυπαλµίες, αύξηση της ταχύτητας αναπνοής. Η κατάσταση αυτή οφείλεται στη µειωµένη ποσότητα αίµατος που επιστρέφει στην καρδιά. Μεγαλύτερο κίνδυνο διατρέχουν όσοι αντιµετωπίζουν καρδιακά προβλήµατα. Στο επόµενο στάδιο εµφανίζονται σπασµοί των µυών, αποτέλεσµα της έλλειψης αλάτων τα οποία απέβαλλε ο οργανισµός µε την έντονη εφίδρωση. Το τελικό στάδιο, αυτό της θερµικής προσβολής, που εµφανίζεται µε περαιτέρω άνοδο της θερµοκρασίας είναι και το πιο επικίνδυνο καθώς µπορεί να οδηγήσει σε κώµα, ακόµα και σε θάνατο. Στο στάδιο αυτό η θερµοκρασία σώµατος προσεγγίζει τους 41 C και σχεδόν ταυτόχρονα µε το κώµα σταµατά η εφίδρωση. 9

14 Σύµφωνα µε µία µελέτη του Lenzuni et al (2008) τα πιο ευαίσθητα θερµικά άτοµα είναι οι έγκυες γυναίκες, τα άτοµα µε ειδικές ανάγκες καθώς επίσης και τα άτοµα των οποίων η ηλικία είναι κάτω από 14 ή πάνω από 60 ετών. Επίσης σηµαντικό ρόλο παίζουν εκτός από τις κλιµατικές παραµέτρους της περιοχής και ο βαθµός προσαρµογής του ατόµου που µένει στη συγκεκριµένη περιοχή (Nikolopoulou και Lykoudis 2006). Τέλος η προτίµηση της θερµικής άνεσης µεταξύ των άντρων και των γυναικών φαίνεται να είναι µικρή, εντούτοις υπάρχουν κάποιες διαφορές. Έτσι οι γυναίκες είναι πιθανό να είναι περισσότερο ευαίσθητες στις θερµικές συνθήκες. Ακόµη οι γυναίκες πολλές φορές προτιµάνε υψηλότερες θερµοκρασίες από ότι οι άντρες. Αντίθετα οι άντρες τείνουν να είναι πιο ευαίσθητοι στη σχετική υγρασία (Karjalalainen 2007, Lan et al 2008). 1.3 Θερµικό Ισοζύγιο Για την επίτευξη της θερµικής άνεσης απαραίτητη είναι η εξασφάλιση θερµικής ισορροπίας του ανθρώπινου σώµατος. Το θερµικό ισοζύγιο του ανθρώπινου σώµατος µε το περιβάλλον εκφράζεται από τη γενική σχέση (ASHRAE 2005, ISO 1993): M-W=C+R+E+Cres+Eres+S (1.1) όπου Μ είναι ο ρυθµός µεταβολισµού παραγωγής θερµότητας (W/m 2 ), W είναι το µηχανικό έργο που παράγει ο άνθρωπος (W/m 2 ), C είναι η απώλεια θερµότητας από το δέρµα µε µεταφορά (W/m 2 ), R είναι η απώλεια θερµότητας από το δέρµα µε ακτινοβολία (W/m 2 ), Ε είναι η απώλεια θερµότητας από το δέρµα µε εξάτµιση (W/m 2 ), Cres είναι η απώλεια θερµότητας αναπνοής µε µεταφορά (W/m 2 ), Eres είναι η απώλεια θερµότητας αναπνοής µε εξάτµιση (W/m 2 ) και S είναι η αποθήκευση θερµότητας στο σώµα (W/m 2 ). Προκειµένου να µελετηθούν τα σηµαντικά φυσιολογικά στοιχεία της ανταλλαγής θερµότητας µεταξύ του ανθρώπου και του περιβάλλοντος κατασκευάστηκαν µοντέλα, τα οποία εκτιµούν το ανθρώπινο θερµικό ισοζύγιο σε συνθήκες εξωτερικού χώρου. Ένα από τα µοντέλα αυτά είναι το ΜΕΝΕΧ (Man- 10

15 Environment Exchange model), το οποίο είναι ένα άνθρωπο-περιβαλλοντικό µοντέλο ανταλλαγής ενέργειας που σχεδιάστηκε για να χρησιµοποιηθεί στην µελέτη της ανθρώπινης θερµικής ισορροπίας σε εξωτερικό περιβάλλον τόσο σε κίνηση όσο και σε ανάπαυση. Το µοντέλο παίρνει υπόψη του µερικές µετεωρολογικές παραµέτρους της ατµόσφαιρας καθώς και τα φυσιολογικά χαρακτηριστικά των ατόµων (π.χ. το ρυθµό µεταβολισµού, τη θερµοκρασία δέρµατος, την εφίδρωση, τη µόνωση από την ενδυµασία). Οι κύριοι δείκτες που προκύπτουν από τη χρήση του µοντέλου ΜΕΝΕΧ είναι: η θερµοκρασία δέρµατος, το φορτίο θερµότητας, η φυσιολογική πίεση και η απώλεια νερού. Καθώς τα στοιχεία της ανθρώπινης θερµικής ισορροπίας και τα αποτελέσµατα του µοντέλου εξασφαλίζουν πραγµατικές πληροφορίες όσον αφορά την έντασης της φυσιολογικής ανθρώπινης ανταπόκρισης στα ατµοσφαιρικά ερεθίσµατα, χρησιµοποιούνται σε πληθώρα βιοκλιµατικών και θερµοφυσιολογικών αναλύσεων. Σύµφωνα µε το µοντέλο MENEX η γενική εξίσωση του θερµικού ισοζυγίου έχει την παρακάτω µορφή (Blazejczyk 2006): M+Q+C+E+Res+Kd=S (1.2) όπου Μ είναι ο ρυθµός µεταβολισµού παραγωγής θερµότητας (µαζί ο βασικός ρυθµός µεταβολισµού και η ενέργεια µεταβολισµού που παράγεται λόγω της δραστηριότητας και της εργασίας) (W/m 2 ), Q είναι η ροή θερµότητας µέσω της ακτινοβολίας (W/m 2 ), C είναι η ανταλλαγή θερµότητας µέσω της µεταφοράς (W/m 2 ), Ε είναι η απώλεια θερµότητας µέσω της εξάτµισης (W/m 2 ), Res είναι η απώλεια θερµότητας µέσω της αναπνοής (W/m 2 ), Kd είναι η ανταλλαγή θερµότητας µέσω της αγωγιµότητας, η οποία δεν υπολογίζεται στο µοντέλο λόγω των ασήµαντων τιµών της και S είναι η καθαρή αποθηκευµένη θερµότητα (W/m 2 ). Το S είναι η τιµή που προκύπτει από την ανταλλαγή θερµότητας µεταξύ του ανθρώπου και του περιβάλλοντος. Για µεγάλες περιόδους (24 ώρες ή περισσότερο) το S µπορεί να θεωρείται ίσο µε το 0 ενώ σε συγκεκριµένες χρονικές στιγµές έχει θετική ή αρνητική τιµή. Θετική τιµή υποδηλώνει την συσσώρευση θερµότητας στο σώµα ενώ αρνητική τιµή δηλώνει την ψύξη του σώµατος. Στην παρακάτω Εικόνα 1.1 φαίνονται τα στοιχεία της εξίσωσης του θερµικού ισοζυγίου του ανθρώπου. 11

16 Εικόνα 1.1 Στοιχεία της εξίσωσης του θερµικού ισοζυγίου (Πηγή: Blazejczyk 2006) Φυσιολογικές διεργασίες και θερµοφυσιολογία του ανθρώπου Η θεµελιώδης εξίσωση του θερµικού ισοζυγίου, η οποία περιγράφει τον τρόπο που το ανθρώπινο σώµα διατηρεί την εσωτερική του θερµοκρασία κοντά στους 37 o C, χρησιµοποιεί όρους θερµικής ανταλλαγής µεταξύ του περιβάλλοντος και του σώµατος. Στην πραγµατικότητα αυτή η εξίσωση δεν περιγράφει µία σταθερή κατάσταση (σε σταθερές θερµοκρασίες) αλλά µια δυναµική κατάσταση από την οποία γίνεται προφανές πως οι εξωτερικές συνθήκες αλλάζουν διαρκώς και το σώµα για να ανταπεξέλθει δρα ανάλογα ώστε να επιτύχει θερµορύθµιση. Έτσι για να γίνει πιο κατανοητός ο µηχανισµός θερµορύθµισης του σώµατος θα πρέπει να αναλυθούν ο ρόλος της θερµοκρασίας δέρµατος, της ροής θερµότητας και του µεταβολισµού Θερµοκρασία δέρµατος Το ανθρώπινο σώµα χωρίζεται σε ένα ζεστό εσωτερικό πυρήνα και ένα εξωτερικό κάλυµµα, η θερµοκρασία του οποίου επηρεάζεται ισχυρά από το 12

17 περιβάλλον. Παρ όλο που η θερµοκρασία του εξωτερικού καλύµµατος δε είναι ρυθµισµένη σε στενά όρια σε σχέση µε τη θερµοκρασία του εσωτερικού πυρήνα, οι θερµορυθµιστικές αποκρίσεις επηρεάζουν έντονα τη θερµοκρασία του καλύµµατος και κυρίως το πιο εξωτερικό στρώµα του, το δέρµα. Το πάχος του εξωτερικού καλύµµατος εξαρτάται από το περιβάλλον και από την ανάγκη του να διατηρήσει την θερµότητα του σώµατος. Έτσι σε θερµά περιβάλλοντα, το πάχος του µπορεί να είναι µικρότερο από 1 cm, ενώ σε ψυχρά περιβάλλοντα µπορεί να ξεπεράσει µερικά εκατοστά κάτω από το δέρµα. Η θερµοκρασία δέρµατος είναι σηµαντική στην ανταλλαγή της θερµότητας και στο θερµορυθµιστικό έλεγχο. Η µεγαλύτερη ποσότητα θερµότητας ανταλλάσσεται µεταξύ του ανθρώπινου σώµατος και του περιβάλλοντος µέσω της επιφάνειας του δέρµατος. Η µεγάλη διακύµανση της θερµοκρασίας δέρµατος οφείλεται στις θερµοφυσιολογικές αποκρίσεις όπως η επιδερµική ροή του αίµατος και η εφίδρωση, στις θερµοκρασίες των εσωτερικότερων ιστών και στους περιβαλλοντικούς παράγοντες όπως η θερµοκρασία, η ταχύτητα του αέρα και η ηλιακή ακτινοβολία. Έτσι η θερµοκρασία δέρµατος είναι ένας από τους βασικούς παράγοντες που καθορίζουν την ανταλλαγή θερµότητας µε το περιβάλλον και παρέχει στο θερµοφυσιολογικό σύστηµα του ανθρώπου σηµαντικές πληροφορίες όσον αφορά την ανάγκη να αποθηκεύσει ή να χάσει θερµότητα. Πολλές γυµνές νευρικές απολήξεις κάτω από το δέρµα είναι πολύ ευαίσθητες στις µεταβολές της θερµοκρασίας. Ανάλογα µε τη σχέση του ποσοστού εκροής της θερµοκρασίας, αυτές οι νευρικές απολήξεις χαρακτηρίζονται είτε ως θερµοί είτε ως ψυχροί δέκτες (Hensel, 1973 και Hardy, 1961). Η θερµοκρασία δέρµατος δεν είναι οµοιόµορφη σε όλη την επιφάνεια του σώµατος, έτσι µία µέση τιµή της συχνά υπολογίζεται από τις µετρήσεις που γίνονται σε µερικές επιλεγµένες περιοχές. Είναι ευρέως διαδεδοµένος ο υπολογισµός της θερµοκρασίας δέρµατος, ώστε να εκτιµηθούν οι αλλαγές της ποσότητας της θερµότητας που αποθηκεύεται µέσα στο ανθρώπινο σώµα. Ο πιο ιδανικός αριθµός σηµείων µετρήσεων, η τοποθεσία τους και η βαρύτητά τους όσον αφορά την καταλληλότητα για τον υπολογισµό της µέσης θερµοκρασίας δέρµατος έχει συζητηθεί για πολλά χρόνια (Teichner 1958, Ramanathan 1964, Olesen et al 1972 και Nadel et al 1973). Σύµφωνα µε τους Lund και Gisolfi (1974) η θερµοκρασία δέρµατος µετρηµένη στον βραχίονα του ανθρώπου είναι πολύ καλά συσχετισµένη µε την βέλτιστη µέση θερµοκρασία δέρµατος (συντελεστής συσχέτισης 13

18 0,96). Επιπλέον, µε τους Nielsen και Nielsen (1984) και τους Hardy και DuBois (1938) δεν υπάρχουν αξιόλογες διαφορές στη θερµοκρασία δέρµατος όταν µετριέται σε διαφορετικά σηµεία του δέρµατος κάτω από συνθήκες υψηλών θερµοκρασιών µε την προϋπόθεση ότι οι άνθρωποι φοράνε ελαφριά ρούχα Θερµότητα Παρ όλο που η θερµότητα παράγεται στο εσωτερικό του ανθρώπινου σώµατος, η απώλεια της γίνεται µόνο µέσω των ιστών, οι οποίοι είναι σε επαφή µε το περιβάλλον, κυρίως µέσω του δέρµατος και των οδών εφίδρωσης. Επειδή η θερµότητα ρέει από θερµότερες σε ψυχρότερες περιοχές, οι µεγαλύτερες οδοί ροής θερµότητας είναι από τις περιοχές της µέγιστης παραγωγής της προς το υπόλοιπο σώµα και από τον πυρήνα του σώµατος προς το δέρµα. Μέσα στο ανθρώπινο σώµα η θερµότητα µεταφέρεται µε δύο τρόπους: µε αγωγή µέσω των ιστών και µε µεταφορά µέσω του αίµατος, διαδικασία µε την οποία το αίµα µεταφέρει θερµότητα από τους θερµότερους ιστούς στους ψυχρότερους. Οι κυριότεροι τρόποι ανταλλαγής θερµότητας µε το περιβάλλον είναι µε µεταφορά, µε ακτινοβολία και µε την διαδικασία της εξάτµισης. Τόσο το δέρµα όσο και οι αναπνευστικοί οδοί ανταλλάσουν θερµότητα µε το περιβάλλον µέσω µεταφοράς και εξάτµισης, ενώ µόνο το δέρµα ανταλλάσει θερµότητα µέσω της ακτινοβολίας. Η ανταλλαγή της θερµότητας µεταξύ του δέρµατος και του εξωτερικού περιβάλλοντος µε µεταφορά είναι ανάλογη µε τη διαφορά της θερµοκρασίας δέρµατος και της θερµοκρασίας του περιβάλλοντος σύµφωνα µε τη σχέση: C=hc*A*(Tsk-Ta) (1.3) όπου Α είναι η επιφάνεια του σώµατος, Tsk και Ta είναι η θερµοκρασία δέρµατος και η θερµοκρασία του περιβάλλοντος αντίστοιχα, ενώ hc είναι ο συντελεστής ανταλλαγής θερµότητας µε µεταφορά. Ο όρος hc περιλαµβάνει όλους τους παράγοντες εκτός από την θερµοκρασία και την επιφάνεια, που επηρεάζουν την µεταφορά της θερµότητας. Κάθε επιφάνεια εκπέµπει ενέργεια ως ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία µε ισχύ που εξαρτάται από την επιφάνειά της, τη θερµοκρασία της και την ικανότητα εκποµπής της (ε), όπου ε είναι ένας αριθµός µε τιµή από 0 έως 1 και εξαρτάται από τη φύση της επιφάνειας και το µήκος κύµατος της ακτινοβολίας. Αυτή η ακτινοβολία ονοµάζεται θερµική ακτινοβολία. Έτσι όταν δύο επιφάνειες ανταλλάσουν θερµότητα 14

19 µέσω θερµικής ακτινοβολίας, η ακτινοβολία µεταδίδεται και προς τις δύο κατευθύνσεις, αλλά εξαιτίας του γεγονότος ότι κάθε επιφάνεια εκπέµπει ακτινοβολία µε ένταση που εξαρτάται από τη θερµοκρασία της, τελικά η καθαρή ροή θερµότητας είναι από τη θερµότερη προς τη ψυχρότερη επιφάνεια. Η απώλεια θερµότητας από το δέρµα µέσω της διαδικασίας της εξάτµισης είναι ανάλογη της διαφοράς µεταξύ της πίεσης των υδρατµών στην επιφάνεια του δέρµατος και της πίεσης των υδρατµών της ατµόσφαιρας σύµφωνα µε τη σχέση: E=he*A*(Psk-Pa) (1.4) όπου Psk είναι η πίεση των υδρατµών στην επιφάνεια του δέρµατος, Pa είναι η πίεση των υδρατµών στην ατµόσφαιρα και hc είναι συντελεστής µεταφοράς θερµότητας µέσω της εξάτµισης. Εάν η επιφάνεια του δέρµατος είναι τελείως υγρή τότε η πίεση των υδρατµών στην επιφάνεια του δέρµατος είναι ίση µε τη πίεση κεκορεσµένων υδρατµών στη θερµοκρασία του δέρµατος και η απώλεια θερµότητας µέσω της εξάτµισης αποκτά τη µέγιστη τιµή της για την επικρατούσα θερµοκρασία δέρµατος και τις συγκεκριµένες συνθήκες περιβάλλοντος. Όταν όµως το δέρµα δεν είναι τελείως υγρό είναι άσκοπο να υπολογιστεί η πραγµατική µέση πίεση των υδρατµών της επιφάνειας του δέρµατος. Τέλος η ένδυση µειώνει την ανταλλαγή θερµότητας µεταξύ του σώµατος και του περιβάλλοντος µε διάφορους µηχανισµούς. Έτσι µε την παρακώλυση της κίνησης του αέρα, η ένδυση µειώνει τους συντελεστές hc και he του δέρµατος, µειώνοντας έτσι την ανταλλαγή της θερµότητας µε µεταφορά και εξάτµιση. Επιπλέον, η ένδυση εµποδίζει την µεταφορά της θερµότητας µε αγωγή, και αποτελεί εµπόδιο στη θερµότητα που µεταφέρεται µε ακτινοβολία. Για όλους αυτούς τους λόγους η ένδυση δηµιουργεί ένα µικροκλίµα γύρω από το δέρµα και λόγω του γεγονότος ότι το σώµα είναι πηγή υδρατµών, διατηρεί τον αέρα µέσα από την ένδυση πιο υγρό από αυτόν του εξωτερικού περιβάλλοντος. Όµως παρ όλο που η ένδυση όπως αναφέραµε παραπάνω µειώνει τη ροή θερµότητας µεταξύ του καλυµµένου δέρµατος και του περιβάλλοντος, έχει µικρή επίδραση στις εκτεθειµένες επιφάνειες του δέρµατος Ρυθµός µεταβολισµού Κάθε οργανισµός χρησιµοποιεί το οξυγόνο και τις τροφές για να παράγει ενέργεια µε έναν ρυθµό που ονοµάζεται ρυθµός µεταβολισµού. Η ακριβής εκτίµηση της µεταβολικής παραγωγής ενέργειας είναι βασική για την αξιολόγηση της θερµικής 15

20 άνεσης. Η µεγαλύτερη ποσότητα ενέργειας που παράγεται µετατρέπεται σε θερµότητα ενώ ένα άλλο µέρος της χρησιµοποιείται από το ανθρώπινο σώµα για την παραγωγή έργου. Το έργο αυτό µπορεί να θεωρηθεί ίσο µε το µηδέν όταν αναφερόµαστε σε ήπιας µορφής δραστηριότητα όπως θεωρείται η δουλειά γραφείου. Η επιφάνεια του ανθρώπινου σώµατος εµπεριέχεται στους υπολογισµούς διότι είναι στενά συνδεδεµένη µε την ανταλλαγή θερµότητας του ατόµου µε το περιβάλλον. Άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν τον µεταβολισµό είναι το γένος και η ηλικία. Σε πολλούς πίνακες όπου φαίνονται οι τιµές του ρυθµού µεταβολισµού για διάφορες δραστηριότητες (Πίνακας 1.1), οι τιµές αυτές αναφέρονται σε έναν µέσο άνθρωπο µε επιφάνεια σώµατος 1,8m 2, βάρους 70 kg και αντιστοιχεί σε κατανάλωση O 2 ίση µε 240mL/min. Μία µονάδα που συχνά χρησιµοποιείται είναι το met όπου 1 met είναι 50kcal/m 2 /hr=58,15w/m 2 και αντιστοιχεί στον ρυθµό µεταβολισµού ενός ατόµου που βρίσκεται καθισµένο σε κατάσταση ηρεµίας. Πίνακας 1.1 : Τιµές του ρυθµού µεταβολισµού σύµφωνα µε το ISO 8996 ραστηριότητα Ρυθµός Μεταβολισµού W/m 2 met Ξαπλωµένος 46 0,8 Καθισµένος ήρεµα 58 1,0 Καθισµένος µε δραστηριότητα (π.χ.γραφείο, 70 1,2 σχολείο, εργαστήριο) Όρθιος, ήπια δραστηριότητα (π.χ. ψώνια, 93 1,6 εργαστήριο) Όρθιος, µέτρια δραστηριότητα (π.χ. δουλειές 116 2,0 σπιτιού) Περπάτηµα 2 km/h 110 1,9 3 km/h 140 2,4 4 km/h 165 2,8 5 km/h 200 3,4 Εκτός από τη χρήση πινάκων ο ρυθµός µεταβολισµού παραγωγής θερµότητας µπορεί να υπολογιστεί χρησιµοποιώντας το οξυγόνο που εισπνέεται και το διοξείδιο του άνθρακα που αποβάλλεται κατά την αναπνοή του ατόµου που εκτελεί τη δραστηριότητα. Έτσι σύµφωνα µε το ISO 8996 ισχύει η σχέση: M=EE*VO 2 *(1/A D ) (1.5) 16

21 όπου EE η ισοδύναµη ενέργεια σε WattHour/litre O 2 είναι EE=(0,23RQ+0,77)*5,88, όπου Μ ο ρυθµός µεταβολισµού παραγωγής ενέργειας σε W/m 2, V0 2 η κατανάλωση του O 2 σε litre/hour, A D η επιφάνεια του σώµατος σε m 2 και RQ ο λόγος γραµµοµορίων (mol) CO 2 προς τα mol O 2. Η ποσότητα του Ο 2 που εισπνέεται µπορεί να υπολογιστεί και συναρτήσει των παλµών της καρδιάς, αλλά µε ακόµα µικρότερη ακρίβεια, διότι οι παράγοντες που επηρεάζουν τον αριθµό των παλµών είναι πάρα πολλοί. 17

22 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΟΙ ΕΙΚΤΕΣ 2.1 Γενικά Για τη µελέτη και την ανάλυση της θερµικής άνεσης του ανθρώπου έχουν αναπτυχθεί πολλοί βιοκλιµατικοί δείκτες. Οι βιοκλιµατικοί δείκτες είναι αυτοί που εκφράζουν την ικανοποίηση ή µη του ανθρώπου από το περιβάλλον και τις επικρατούσες συνθήκες και δίνουν µία καλή εκτίµηση των συνθηκών που επικρατούν ενώ είναι ιδιαίτερα χρήσιµοι στις ευπαθείς οµάδες, όπως ηλικιωµένα άτοµα, παιδιά και γενικά στις οµάδες ανθρώπων που επηρεάζονται άµεσα από τις περιβαλλοντικές συνθήκες. Το 1905 ο Haldane ήταν πιθανότατα ο πρώτος που πρότεινε ότι η θερµοκρασία του υγρού θερµοµέτρου είναι, ως τιµή, ο πιο απλός τρόπος να εκφραστεί η θερµική άνεση. Από τότε ένας µεγάλος αριθµός δεικτών έχουν προταθεί και χρησιµοποιηθεί σε όλον τον κόσµο. Αρχικά ο σκοπός του δείκτη ήταν περιορισµένος στο να εκτιµάει το συνδυασµένο αποτέλεσµα των περιβαλλοντικών µεταβλητών. Αργότερα πάρθηκε υπόψη και η επίδραση του ρυθµού µεταβολισµού και της ένδυσης. Την δεκαετία του 1970 αρχικά ο Belding και στη συνέχεια οι Gagge και Nishi συµπέραναν ότι δεν µπορεί να υπάρξει ένα παγκόσµιο έγκυρο σύστηµα για τον υπολογισµό της θερµικής δυσφορίας, κυρίως λόγω του αριθµού και της πολυπλοκότητας της αλληλεπίδρασης των καθοριστικών παραγόντων. Σύµφωνα µε το Εθνικό Ινστιτούτο Επαγγελµατικής Ασφάλειας και Υγείας των ΗΠΑ (NIOSH) για να είναι κατάλληλος ένας δείκτης πρέπει να πληρεί τα παρακάτω κριτήρια: α. να µπορεί να εφαρµοστεί µε ακρίβεια σε µεγάλο εύρος περιβαλλοντικών και µεταβολικών συνθηκών β. να εξετάζει όλους τους σηµαντικούς παράγοντες (περιβαλλοντικούς, µεταβολισµού, ένδυσης κ.τ.λ.) γ. οι σχετικές µετρήσεις θα πρέπει να απεικονίζουν την έκθεση των εργαζοµένων και να µην παρεµποδίζονται από την απόδοση του. 18

23 δ. Τα όρια έκθεσης θα πρέπει να υπολογιστούν µε βάση τις φυσιολογικές ή/και ψυχολογικές απαντήσεις απεικονίζοντας τον αυξανόµενο κίνδυνο για την ασφάλεια και την υγεία. Οι δείκτες µπορούν να διακριθούν σε τρεις κατηγορίες ανάλογα µε τη λογική τους (Parsons 2003): σε δείκτες οι οποίοι βασίζονται σε υπολογισµούς εµπεριέχοντας την εξίσωση θερµικού ισοζυγίου ( λογικοί δείκτες ), σε δείκτες οι οποίοι βασίζονται στην υποκειµενική και αντικειµενική δυσφορία ( εµπειρικοί δείκτες ) και τέλος σε δείκτες που βασίζονται στις µετρήσεις των περιβαλλοντικών παραµέτρων ( άµεσοι δείκτες ). Όπως είναι προφανές οι δείκτες των δύο πρώτων κατηγοριών είναι πιο δύσκολο να εφαρµοστούν, διότι εµπεριέχουν πάρα πολλές µεταβλητές και κάποιες από αυτές απαιτούν επιλεκτικές και εξειδικευµένες µετρήσεις. Ενώ οι δείκτες της τρίτης κατηγορίας είναι πιο φιλικοί στην εφαρµογή τους αφού βασίζονται µόνο στην παρακολούθηση των µετεωρολογικών παραµέτρων. Οι πιο περιεκτικοί δείκτες είναι αυτοί που βασίζονται στην εξίσωση του θερµικού ισοζυγίου ( λογικοί δείκτες ). Στους δείκτες αυτούς ενσωµατώνονται όλες τις περιβαλλοντικές και φυσιολογικές µεταβλητές. Εντούτοις, επειδή δεν είναι εύκολο να υπολογιστούν όλες οι παράµετροι που χρειάζονται για να λυθεί η εξίσωση του θερµικού ισοζυγίου, κάποιες παράµετροι θεωρούνται σταθερές. Στην παρούσα εργασία οι δείκτες οι οποίοι µελετήθηκαν είναι ο δείκτης θερµικής αίσθησης (TS) που ανήκει στην κατηγορία των εµπειρικών δεικτών και ο δείκτης θερµικού φορτίου (HL) που ανήκει στην κατηγορία των λογικών δεικτών. 2.2 είκτης Θερµικής Αίσθησης (Thermal Sensation Index, TS) Οι Givoni και Noguchi το 2000 πραγµατοποιώντας µία έρευνα σε ένα πάρκο της Yokohama, Ιαπωνία πρότειναν τον είκτη Θερµικής Αίσθησης. Ο πολύ παραγοντικός τύπος του δείκτη που εκφράζει την θερµική αίσθηση σε εξωτερικούς χώρους δίδεται από τη σχέση: TS= *Ta *SR-0.322*WS *RH *ST (2.1) µε συντελεστή συσχέτισης R 2 = όπου Ta είναι η θερµοκρασία του αέρα µετρηµένη στη σκιά σε C, SR είναι η ηλιακή ακτινοβολία σε W/m 2, WS είναι η οριζόντια ταχύτητα του αέρα σε m/sec, RH η 19

24 Σχετική Υγρασία εκφρασµένη επί % και ST η θερµοκρασία της επιφάνειας του εδάφους σε C. Ο τρόπος που συνδέονται η θερµική αίσθηση µε τις τιµές του δείκτη φαίνονται στον παρακάτω Πίνακα 2.1 Πίνακας 2.1: Ταξινόµηση των τιµών του δείκτη TS σύµφωνα µε την επταβάθµια κλίµακα του (Givoni and Noguchi, 2000). TS Θερµική Αίσθηση 1 Πολύ κρύο 2 Αρκετό κρύο 3 Κρύο 4 Άνετα 5 Ζέστη 6 Αρκετή ζέστη 7 Πολύ ζέστη 2.3 είκτης Θερµικού Φορτίου (Heat Load, HL) Ο δείκτης θερµικού φορτίου βασίζεται στο ενεργειακό ισοζύγιο του ανθρώπινου σώµατος και εκτιµάται εφαρµόζοντας το µοντέλο MENEX, το οποίο αξιολογεί την ανταλλαγή θερµότητας µεταξύ του ανθρώπινου οργανισµού και του θερµικού περιβάλλοντος. Ο δείκτης µπορεί να υπολογιστεί από τις παρακάτω εξισώσεις: HL=[(mS+360)/360][2-1/(1+mR)], για ms 0W/m 2 και me -50W/m 2 (2.2) HL=[(mS+360)/360][2+1/(1+mR)], για ms>0w/m 2 και me -50W/m 2 (2.3) HL=(mE/-50)[(mS+360)/360][2-1/(1+mR)], για ms 0W/m 2 και me -50W/m 2 (2.4) HL=(mE/-50)[(mS+360)/360][2+1/(1+mR)], για ms>0w/m 2 και mε -50W/m 2 (2.5) Η καθαρή αποθηκευµένη ενέργεια (ms) είναι ένας βασικός δείκτης της τάσης και του όγκου των αλλαγών στο θερµικό περιεχόµενο του ανθρώπου και η τιµή του 20

25 προκύπτει από το µοντέλο του ενεργειακού ισοζυγίου του ανθρώπου MENEX_2002 η γενική εξίσωση του οποίου έχει την ακόλουθη µορφή: ms = M + mq + me + mc + mres (2.6) όπου Μ είναι ο ρυθµός µεταβολισµού (W/m 2 ), ΜQ είναι η ισορροπία της ακτινοβολίας του ανθρώπου και αποτελείται από την απορροφούµενη ηλιακή ακτινοβολία (mr) και την ανταλλαγή µεγάλου µήκους κύµατος ακτινοβολίας (ml), me είναι η απώλεια θερµότητας λόγω εξάτµισης, mc είναι η ανταλλαγή ενέργεια µε µεταφορά και mres είναι η απώλεια θερµότητας λόγω της αναπνοής. Η απορροφούµενη ηλιακή ακτινοβολία (mr) αποτελεί µία επιπρόσθετη πηγή θέρµανσης του ανθρώπου και υπολογίζεται σύµφωνα µε τη σχέση: mr = Rprim Irc (2.7) όπου Rprim είναι η ηλιακή ακτινοβολία που απορροφάται από τον γυµνό άνθρωπο και υπολογίζεται από το πρόγραµµα BIOKLIMA Version 2.5 έχοντας γνωστή τη συνολική ηλιακή ακτινοβολία (W/m 2 ) και Irc είναι ο συντελεστής µείωσης της µεταφοράς της θερµότητας εξαιτίας της ένδυσης και υπολογίζεται από τη σχέση: Irc = hc d' / [hc d' + hc d t ] (2.8) όπου hc = p t όπου p είναι η ατµοσφαιρική πίεση (hpa) και t η θερµοκρασία του αέρα ( C), d = SQRT(v + vprim) όπου v είναι η ταχύτητα του αέρα(m/sec) και vprim είναι η κίνηση του ανθρώπου (m/sec), d' = 0.53 / {Icl [ EXP(0.4 LN(vcor + vprim))]} όπου Icl είναι η θερµική µόνωση της ένδυσης (clo), vcor=v εαν v 0,2 και vcor=0,2 εάν v<0,2. Η ανταλλαγή θερµότητας µέσω µεγάλου µήκους κύµατος ακτινοβολίας (ml) είναι η διαφορά µεταξύ της µεγάλου µήκους κύµατος ακτινοβολίας που φτάνει στον άνθρωπο και της µεγάλου µήκους κύµατος ακτινοβολίας που εκπέµπει ο άνθρωπος και δίνεται από τη σχέση: ml=(0,5lg+0,5la-ls) Irc (2.9) 21

26 όπου Lg=5,5 10^-8 (273+Tg)^4 µε Tg τη θερµοκρασία εδάφους, La=5,5 10^-8 (273+t)^4 [0,82-0,25 10^(-0,094 0,75e)] και Ls= 5,39 10^-8(273+Ts)^4 µε Ts τη θερµοκρασία δέρµατος. Ο υπολογισµός της θεωρητικής τιµής της θερµοκρασίας δέρµατος δίνεται από τη σχέση: Ts = ( Mrt t f v) (Icl - 1) M (2.10) όπου Mrt είναι η µέση θερµοκρασία ακτινοβολίας ( C), t είναι η θερµοκρασία του αέρα ( C), f είναι η σχετική υγρασία (%), v είναι η ταχύτητα του αέρα (m/sec), Icl είναι η θερµική µόνωση της ένδυσης (clo) και Μ είναι ο ρυθµός µεταβολισµού (W/m 2 ). Για τον υπολογισµό της θερµικής µόνωσης της ένδυσης χρησιµοποιήθηκε η ελαφρά τυπική θερινή ενδυµασία που συνίσταται από εσώρουχο, πουκάµισο κοντοµάνικο, µακρύ ελαφρύ παντελόνι, ελαφριές κάλτσες και παπούτσια µε τιµή ίση µε 0,5 clo. Ενώ όσον αφορά το ρυθµό µεταβολισµού θεωρήθηκε ότι όλα τα άτοµα βρίσκονταν σε όρθια στάση οπότε ο ρυθµός µεταβολισµού τους σύµφωνα µε το ISO 8996 είναι 93 W/m 2. Η µέση θερµοκρασία ακτινοβολίας (Mrt) είναι µία έννοια που προκύπτει από το γεγονός ότι η ανταλλαγή της καθαρής ακτινοβολίας µεταξύ δύο αντικειµένων είναι περίπου ανάλογη της θερµοκρασιακής τους διαφοράς. Πιο απλά η µέση θερµοκρασία ακτινοβολίας είναι η µέση θερµοκρασία όλων των αντικειµένων που περιβάλλουν το ανθρώπινο σώµα. Ακόµη, η µέση θερµοκρασία ακτινοβολίας χαρακτηρίζεται ως η σηµαντικότερη µετεωρολογική παράµετρος στον υπολογισµό του θερµικού ισοζυγίου του ανθρώπου, ιδιαίτερα όταν αναφέρεται σε άκρως δυσµενείς θερµικές συνθήκες (Matzarakis 2000) γιατί εµπεριέχει το σύνολο των ακτινοβολιών µεγάλου και µικρού µήκους κύµατος, άµεσες και ανακλούµενες (Thorsson et al 2007). Οι θεωρητικές τιµές της µέσης θερµοκρασίας ακτινοβολίας υπολογίστηκαν από τη σχέση: Mrt = [(Rprim Lg La) / ( ^-8)]^ (2.11) όπου Lg = ^-8 (273 + Tg)^4, La = ^-8 (273 + t)^4 [ ^( e)] και Rprim είναι η ηλιακή ακτινοβολία που απορροφάται από τον γυµνό 22

27 άνθρωπο και υπολογίζεται από το πρόγραµµα έχοντας γνωστή τη συνολική ηλιακή ακτινοβολία (W/m 2 ), Tg είναι η θερµοκρασία του εδάφους η οποία λόγω έλλειψης µετρήσεων ανά λεπτό υπολογίστηκε από το πρόγραµµα ως ίση µε τη θερµοκρασία του αέρα ( C), t είναι η θερµοκρασία του αέρα ( C) και e είναι η πίεση των υδρατµών (hpa) και υπολογίζεται από τη σχέση: όπου f είναι η σχετική υγρασία (%). e = ^[7.5 t / ( t)] 0.01 f (2.12) Η ένταση της τυρβώδους ανταλλαγής λανθάνουσας θερµότητας (me) εξαρτάται από τη διαφορά της πίεσης των υδρατµών σε εξωτερικό χώρο και πάνω από την επιφάνεια του σώµατος καθώς και πάνω σε βρεγµένο δέρµα, τη κίνηση του αέρα, το θερµικό της περιεχόµενο και την πυκνότητα της. Ακόµα η ένταση της είναι η βάση για την εκτίµηση της απώλειας νερού από έναν οργανισµό. Η σχέση µε την οποία υπολογίζεται είναι: me = he d w Ie (e - esk) (M ) (2.13) όπου he = t (6 10^-5 t ^-5 p ) p , esk = EXP(0.058 * Ts ), Ie = hc d' / [hc (d + d')], w = για Ts < 22 C, w = 1.0 γιαts > 36.5 C και w = / ( Ts) για Ts µεταξύ 22 C και 36.5 C. Η µεταφορά θερµότητας (mc) εξαρτάται από τη διαφορά θερµοκρασίας µεταξύ του δέρµατος και του περιβάλλοντος και υπολογίζεται από τη σχέση: mc=hc d Irc (t-ts) (2.14) Η απώλεια θερµότητας λόγω της αναπνοής (mres) συνίσταται από την απώλεια θερµότητας λόγω της θέρµανσης και του κορεσµού από υδρατµούς του υπερκείµενου αέρα που βρίσκεται σε επαφή µε το ανθρώπινο στόµα και δίνεται από τη σχέση: mres=m[0,0014(t-35)+0,0173(0,1e-5,624)] (2.15) 23

28 δείκτη. Στον παρακάτω πίνακα (Πίνακα 2.3) φαίνεται η επταβάθµια κλίµακα του Πίνακας 2.2: Ταξινόµηση των τιµών του δείκτη HL σύµφωνα µε την επταβάθµια κλίµακα του (Blazejczyk, 2001 ). HL Θερµική Αίσθηση 0,25 Πολύ κρύο 0,251-0,820 Αρκετό κρύο 0,821-0,975 Κρύο 0,976-1,025 Άνετα 1,026-1,180 Ζέστη 1,181-1,750 Αρκετή ζέστη 1,751 Πολύ ζέστη 24

29 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΣ 3.1 Περιοχές Μελέτης Η Αθήνα είναι η πρωτεύουσα και η µεγαλύτερη πόλη της Ελλάδας. Η πόλη απλώνεται στην κεντρική πεδιάδα της Αττικής, το επονοµαζόµενο λεκανοπέδιο, το οποίο περιβάλλεται από το όρος Αιγάλεω στα δυτικά, το όρος της Πάρνηθας στα βόρεια, την Πεντέλη στα βορειανατολικά και τον Υµηττό στα ανατολικά, ενώ βρέχεται από το Σαρωνικό κόλπο στα νοτιοδυτικά. Ο συνολικός πληθυσµός του Πολεοδοµικού Συγκροτήµατος της Αθήνας αποτελεί σχεδόν το 1/3 του συνολικού πληθυσµού της Ελλάδος και ανέρχεται σύµφωνα µε την απογραφή του 2001 σε Το υψόµετρο στο κέντρο της πόλης υπολογίζεται σε 20 µέτρα από τη στάθµη της θάλασσας, ενώ η µορφολογία του λεκανοπεδίου είναι σχετικά πολύµορφη, µε λοφίσκους και ορεινούς όγκους. Οι µετρήσεις πραγµατοποιήθηκαν σε τρεις διαφορετικές περιοχές µε διαφορετικά µικροκλιµατικά και τοπογραφικά χαρακτηριστικά. Οι περιοχές που επιλέχθηκαν είναι η Πλατεία Συντάγµατος, η Οδός Ερµού και η Παραλία του Φλοίσβου. Η Αθήνα διαθέτει πολλές πλατείες. Απ' αυτές η κεντρικότερη είναι η πλατεία Συντάγµατος, που πήρε το όνοµά της από τη εξέγερση του στρατού και του λαού και τη συγκέντρωση που έγινε σ' αυτή το 1843 (3 Σεπτεµβρίου). Η πλατεία Συντάγµατος αποτελεί κεντρικό σηµείο συνάντησης τόσο των κατοίκων όσο και των επισκεπτών του κέντρου της Αθήνας καθ όλη τη διάρκεια του έτους. Η Οδός Ερµού είναι ο κεντρικότερος πεζοδροµηµένος δρόµος της πρωτεύουσας, όπου βρίσκονται πλήθος εµπορικών καταστηµάτων. Η περιοχή χαρακτηρίζεται από ψηλά κτίρια και στις δύο πλευρές της οδού. Αντίθετα η Παραλία του Φλοίσβου είναι µία περιοχή στα Νότια προάστια της Αθήνας δίπλα στη θάλασσα που χαρακτηρίζεται από ανοικτούς χώρους και αποτελεί πόλο έλξης για τους κατοίκους του λεκανοπεδίου κυρίως τους καλοκαιρινούς µήνες. 25

30 3.2 Μεθοδολογία Το πείραµα πραγµατοποιήθηκε τον Ιούλιο του Οι µετρήσεις για κάθε περιοχή γίνονταν σε δύο ηµέρες, την µία πρωινές και µεσηµεριανές ώρες και την άλλη απογευµατινές ώρες. Έτσι οι µετρήσεις για την περιοχή της Πλατείας Συντάγµατος πραγµατοποιήθηκαν στις 20 Ιουλίου 2010 από της 10:20 έως της 13:30 και στις 15 Ιουλίου από της 16:50 έως της 19:30, για την οδό Ερµού πραγµατοποιήθηκαν στις 21 Ιουλίου 2010 από της 10:53 έως της 14:10 και στις 15 Ιουλίου 2010 από της 16:28 έως της 20:40 και τέλος για την παραλία του Φλοίσβου οι µετρήσεις πραγµατοποιήθηκαν στις 18 Ιουλίου 2010 από της 11:20 έως της 13:20 και στης 17 Ιουλίου 2010 από της 19:02 έως της 21:30. Στο πείραµα συµµετείχαν πέντε υγιή άτοµα (2 γυναίκες και 3 άντρες) και οι πέντε εθελοντικά, των οποίων τα ανθρωποµετρικά χαρακτηριστικά φαίνονται στον παρακάτω Πίνακα 3.1. Ο δείκτης DuΒois που εκφράζει την επιφάνεια του ανθρώπινου σώµατος υπολογίστηκε βάση της σχέσης: A D = 0.202* W D *H D (DuBois and DuBois 1916) (3.1) όπου A D είναι ο δείκτης της επιφάνειας σώµατος σε m 2, W D είναι το βάρος του σώµατος σε Kg και H D είναι το ύψος του ανθρώπου σε cm. Πίνακας 3.1. Ανθρωποµέτρικα στοιχεία των πέντε συµµετεχόντων. Α/Α Φύλο Ηλικία Ύψος (m) Βάρος (Kg) είκτης DuBois (m 2 ) 1 Θήλυ 32 1, ,66 2 Άρρεν 46 1, ,91 3 Θήλυ 30 1, ,56 4 Άρρεν 24 1, ,10 5 Άρρεν 25 1, ,07 Όλα τα άτοµα συγκεντρώνονταν στο χώρο των µετρήσεων την ίδια ώρα µε ενδυµασία κατάλληλη για την εποχή. Στην συνέχεια φορούσαν στο δεξί τους µπράτσο από µία συσκευή Sense Wear Pro II Armband (Bodymedia, Pittsburgh, PA) η οποία µετράει και καταγράφει φυσιολογικές παραµέτρους όπως τη θερµοκρασία 26

31 δέρµατος, τη παραγωγή ενέργειας µέσω του µεταβολισµού, τη ροή θερµότητας, την ενεργειακή δαπάνη και την οριζόντια και κάθετη επιτάχυνση του ατόµου που το φοράει ανά 1 λεπτό. Κάθε 30 λεπτά και τα πέντε άτοµα συµπληρώναν ατοµικό ερωτηµατολόγιο ενώ οι µετεωρολογικές συνθήκες της περιοχής καταγράφονταν από έναν φορητό µετεωρολογικό σταθµό. 3.3 Μετρήσεις µετεωρολογικών παραµέτρων Οι µετεωρολογικές παράµετροι µετρήθηκαν καθ όλη τη διάρκεια των πειραµάτων µε έναν κινητό µετεωρολογικό σταθµό, ο οποίος συνέχεια βρισκόταν σε κοντινή απόσταση από τους πέντε συµµετέχοντες. Το ύψος του µετεωρολογικού σταθµού ήταν 1,1m πάνω από το έδαφος, το οποίο θεωρείται το ανθρώπινο βιοµετεωρολογικό (human-biometeorological) ύψος, διότι ανταποκρίνεται στο µέσο ύψος του κέντρου βάρους του σώµατος ενός ενήλικα (Mayer and Hoppe 1987). Για την µέτρηση της θερµοκρασίας του αέρα και της σχετικής υγρασίας χρησιµοποιήθηκε ο αισθητήρας µέτρησης θερµοκρασίας-υγρασίας Rotronic S3CO3, για τον άνεµο το ανεµόµετρο Second Wind C3, για την θερµοκρασία της γκρι σφαίρας (Tglobe) ο αισθητήρας Pt100 και για την συνολική ηλιακή ακτινοβολία το πυρανόµετρο Kipp and Zonen CM3 ευαισθησίας 15.23*10-6 V/Wm -2. Τα στοιχεία καταγράφονταν κάθε 1 λεπτό στο data logger Campbell Scientific CR10X που βρίσκονταν τοποθετηµένο στη βάση του κινητού µετεωρολογικού σταθµού. Για την µέτρηση της θερµοκρασίας εδάφους χρησιµοποιήθηκε η συσκευή Infrared Τhermometer Cole Palmer ( ) της οποίας οι τιµές καταγράφονταν κάθε 30 λεπτά (την στιγµή έναρξης συµπλήρωσης του ερωτηµατολογίου). Ο αισθητήρας για τη µέτρηση της θερµοκρασίας της γκρι σφαίρας τοποθετήθηκε µέσα σε µία γκρι σφαίρα διαµέτρου 40mm µε συντελεστή εκποµπής 0,7 (Thorsson, 2007). Η γκρι σφαίρα θεωρήθηκε καταλληλότερη για τη µελέτη της θερµικής άνεσης σε εξωτερικούς χώρους σε σχέση µε µία µαύρη σφαίρα και αυτό διότι η µαύρη σφαίρα, χωρίς διόρθωση για την ανακλαστικότητα των ανθρώπων, υποθέτει ότι όλοι οι άνθρωποι που βρίσκονται εκτεθειµένοι στον ήλιο είναι µέλανα σώµατα φορώντας µαύρα ρούχα (Nikolopoulou and Lykoudis 2006). Γνωρίζοντας τη θερµοκρασία της γκρι σφαίρας µπορεί να υπολογιστεί η µέση θερµοκρασία ακτινοβολίας (Tmrt), η οποία δίνεται από την παρακάτω σχέση (Thorsson et al 2007): 27