THERMAL COMFORT• ROHIT KUMAR

• ASSSISTANT PROFESSOR

Climatology, Landscape and Environmental studies.MBS SPA 2016

THERMAL COMFORT• Our life cycle comprises Activity, fatigue and recovery.• Recovery is essential to counter balance against mental and physical fatigue through recreation, rest and sleep. 

• This can be affected by unfavorable climatic conditions and the resulting stress on body and mind causes discomfort, loss of efficiency and breakdown of health.

• Thermal comfort is the condition of mind that expresses satisfaction with the thermal environment and is assessed by subjective evaluation (ANSI/ASHRAE Standard 55).

• The task of the designer is to create the best possible indoor climate or even the environment for the users as they judge the quality of design based on physical and emotional point of view.

THERMAL COMFORT

THERMAL COMFORT• Interest in establishing thermal comfort criteria dates back to Europe to the beginning of the 19th century.

• It started during the Industrial revolution when significant reforms to industry and housing were being introduced.

• This was done as heat and humidity stress led to illnesses and accidents.

• Factors affecting thermal comfort:• Air temperature• Humidity• Radiation• Air movement

HOUSING DURING INDUSTRIALISATION

MINING DURING INDUSTRIALISATION

BODY THERMAL BALANCE• Heat is continuously produced in the body. Most biochemical processes involved in tissue building, energy conversion and muscular work are exotherm.

• The energy needed is obtained from consumption and digestion of food and this process by which food is converted into living matter and useful form of energy is called metabolism.

• Metabolic heat production:• Basal metabolism: Heat production of vegetative, automatic process.

• Muscular metabolism:  Heat production due to consciously controlled work.

BODY HEAT PRODUCTION

BODY THERMAL BALANCE• Only 20% of the heat produced in the body is utilized and surplus heat must be dissipated.

• Thermoregulation is the process that allows the human body to maintain its core internal temperature. 

• The state of having an even internal temperature is called homeostasis. All thermoregulation mechanisms are designed to return the body to homeostasis.

• A healthy, safe temperature has a very narrow window –between 98.6°F (37°C) and 100°F (37.8°C). (Skin temp. is 31 to 34 deg.)

• The human body releases heat to the environment by evaporation, radiation, convection and to a lesser extent by conduction.

HEAT LOSS BY HUMAN BODY

HEAT LOSS BY HUMAN BABY

HEAT LOSS BY HUMAN BODY• Convection 

• is due to heat transmission from the body to the air in contact with the skin or clothing which then rises and is replaced by cooler air. 

• Rate of convective heat loss is increased with faster air movement, a lower temperature and a higher skin temperature.

• Radiant heat loss depends upon temperature of the body surface and temperature of opposing surface.

• Conduction: Depends on temperature difference of body surface and the object the body is in direct contact with.

• Evaporation • is governed by the rate of evaporation which in turn depends on the humidity of the air (dryer the air, the faster the evaporation) and the amount of moisture available for evaporation. 

• Evaporation takes place through perspiration and sweating and in lungs through breathing.

HEAT LOSS BY HUMAN BODY

BODY REGULATORY MECHANISM

BODY REGULATORY MECHANISM

BODY REGULATORY MECHANISM

HEAT LOSS IN VARIOUS THERMAL ENVIRONMENTS

CALM,WARMAIR,MODERATEHUMIDITY:

• In the indoors of temperate climate, when the • Air temperature is 18 deg.• Air velocity does not exceed 0.25 m/s and when humidity is 40% to 60%, a person engaged in sedentary work will easily dissipate heat as

• By radiation: 45%• Convection: 30%• Evaporation: 25 %(If temperature of bounding surface is same as air temperature)

HOTAIRANDCONSIDERABLERADIATION:

• The human body temp. is 37 deg. but skin temp. is 31‐34 deg.

• As the air temp. approaches skin temp., heat loss by convection gradually decreases and the body makes vasomotor adjustments  to increase temperature to the higher limit (34 deg.) but when air temp. reaches this point, there is no more heat loss by convection.

• Body can gain substantial heat by radiation: sun, radiator, bonfire. 

• When heat loss is negligible in the above situations, it can still take place through evaporation only if thee air is sufficiently dry.

RADIATION HEAT GAIN

HOT AIR, RADIATION AND APPRECIABLE AIR MOVEMENT• When the air is hot (equal to or above skin temperature), surroundings objects are hot (no heat loss by radiation) and when air is humid (but less than 100% RH), air movement will accelerate evaporation even if air temp. > skin temp.

• Moving air continuously replaces surrounding saturated air. 

• Poorly designed houses can create a fatal situation where the air is completely saturated, no air flow and air is warmer than skin which may lead to heat stroke.

SATURATED STILL AIR, ABOVE BODY TEMPERATURE• When the situation is adverse such as

• air is hot (over 34 deg.)• Unappreciable air movement (<0.25 m/s)• Humidity is near 100 %.

• This leads to profuse sweating and no evaporation and body temperature begins to rise.

• A body temperature of 40 deg. Will cause heat stroke. (Failure in circulation system, followed by rapid increase in body temp.)

• At 41 deg. , coma sets in and death is imminent.• At 45 deg., death is unavoidable.

EFFECTS OF PROLONGED EXPOSURE• A high wind velocity provides immediate relief, but causes irritation and discomfort with long duration.

• Even perfectly comfortable conditions may produce adverse effects if there are no change over prolonged periods.

• Change and variation is a basic need of a human.• The designer must aim at a range of comfort conditions within which considerable variations are permitted.

SUBJECTIVE VARIABLES• Thermal comfort depends upon four climatic variables, but preferences can vary among individuals.

• Clothing: A person wearing a suit will require a temperature about 9 deg. lower than a naked body.

• Acclimatization: A person adjusts to a new set of climatic conditions in about 30 days. (A person in London might be comfortable at 18 deg., but will be comfortable in India at 25 after spending a month.

• Age and sex.: Women have higher metabolic rates and their preference is 1 deg. Higher than men.

• Body Shape: A corpulent person with same weight as a thin person dissipates more heat due to larger surface area.

• Fat: Excellent insulator.• State of health.• Food and drink.• Skin colour: Dark skin has melanin which prevents higher UV penetration than lighter skin.

BIBLIOGRAPHY• Koenigsberger, O. H., Manual of Tropical Housing and building, Orient Longman private limited, 1973.