जलवायु, सूर्य और आराम: क्षेत्र, सौर ज्यामिति, छायाकरण तथा ऊष्मीय आराम

यह वास्तुकला एवं नियोजन (AR) पेपर के भाग B1, खंड B1.2 “जलवायु-विज्ञान एवं पर्यावरण-अनुक्रियाशील अभिकल्प” पर दो अध्यायों में से पहला है। यह पहले चार शीर्षकों का उत्तर देता है: “Climatic factors and classification; Solar architecture; Micro and macro climatic considerations in design; Thermal comfort in built environments”। इसमें जलवायु के तत्त्व और भारत के पाँच जलवायु क्षेत्र तथा प्रत्येक की अभिकल्प-माँग, वे वृहत्, मध्यम व सूक्ष्म स्तर जिन पर स्थल को पढ़ा जाता है, सूर्य-पथ की ज्यामिति (क्रांति, घंटा कोण, उन्नतांश, दिगंश, सौर समय), छाया कोण व छायाकरण युक्तियों का आकार निर्धारण, अभिमुखन तथा सौर ऊष्मा-लाभ, और शरीर के ऊष्मा-संतुलन से लेकर प्रभावी तापमान, PMV व PPD, अनुकूलनी आराम तथा साइक्रोमेट्रिक तर्क तक ऊष्मीय आराम पढ़ाया गया है। संख्यात्मक प्रश्न मध्याह्न सौर उन्नतांश, छाया की लंबाई, छज्जे का निकास, ऊर्ध्वाधर छाया कोण, सौर-समय संशोधन तथा आराम-विश्लेषण में प्रयुक्त वाष्पीकरणी शीतलन व प्रचालनी तापमान का गणित हैं।

1. जलवायु के तत्त्व, कारक और भारत के पाँच क्षेत्र

जलवायु किसी स्थान पर मौसम का दीर्घकालीन प्रतिरूप है (सामान्य औसत-अवधि 30 वर्ष); मौसम किसी एक दिन वायुमंडल की स्थिति है। अभिकल्पक जिन तत्त्वों को पढ़ता है वे हैं सौर विकिरण, वायु का तापमान, आर्द्रता, पवन, वर्षण तथा आकाश की दशा (मेघ व चकाचौंध)। इन्हें क्षेत्र पर कार्यरत कारक गढ़ते हैं: अक्षांश (सूर्य की ऊँचाई व दिन की लंबाई), ऊँचाई (प्रत्येक 1,000 m चढ़ने पर वायु लगभग 6 से 6.5 °C ठंडी होती है), भू-आकृति, समुद्र व अन्य जलाशयों से दूरी, वनस्पति तथा मानसूनी पवन-तंत्र। अभिकल्पक इन्हें मासिक माध्य अधिकतम व न्यूनतम तापमान, दैनिक तापांतर (दैनिक अधिकतम घटा न्यूनतम), सापेक्ष आर्द्रता, वर्षा, पवन-गुलाब (wind rose) और विकिरण-आँकड़ों में संक्षिप्त करता है। जलवायु-अनुक्रियाशील अभिकल्प का तर्क एक शृंखला है: जलवायु, फिर शरीर को चाहिए आराम, फिर भवन की अनुक्रिया।

भारतीय भवन-व्यवहार (वाणिज्यिक भवनों की ऊर्जा संरक्षण संहिता यही योजना अपनाती है; कुछ अन्य संहिताएँ शीत क्षेत्र को शीत-धूपदार व शीत-मेघाच्छन्न में बाँटती हैं) देश को पाँच जलवायु क्षेत्रों में समूहित करता है। इन्हें तापमान और आर्द्रता अलग करते हैं, और प्रत्येक अभिकल्प-अनुक्रिया इस पर टिकी है कि वह जलवायु शरीर और भवन के साथ क्या करती है।

पाँच जलवायु क्षेत्र और अभिकल्प-अनुक्रिया
क्षेत्रजलवायु-लक्षणप्रारूपिक स्थानअभिकल्प-अनुक्रिया
उष्ण-शुष्कअत्यंत गर्म ग्रीष्म, कम आर्द्रता (उष्ण-आर्द्र से सामान्य विभाजन-रेखा लगभग 55% RH), तीव्र विकिरण, साफ़ आकाश, बड़ा दैनिक तापांतर, धूलभरी गर्म पवनजैसलमेर, जोधपुरसंहत नियोजन, आँगन, काल-विलंब हेतु मोटी भारी दीवारें व छत, छोटे छायायुक्त द्वार-खिड़कियाँ, हल्के रंग, रात्रि-संवातन, वाष्पीकरणी शीतलन
उष्ण-आर्द्रवर्ष भर उच्च तापमान के साथ उच्च आर्द्रता, छोटा दैनिक तापांतर, भारी वर्षा, मेघाच्छन्न आकाश व आकाशीय चकाचौंधमुंबई, चेन्नई, कोलकातापवन की ओर खुला, लंबा नियोजन, आर-पार संवातन, बड़े छायायुक्त खुले भाग, हल्का कम-द्रव्यमान आवरण, चौड़े ओलती वाली ढलवाँ छतें, बरामदे, उठा हुआ फ़र्श
मिश्रितकोई एक जलवायु छह माह नहीं टिकती: गर्म-शुष्क ग्रीष्म, उष्ण-आर्द्र मानसून, ठंडी शुष्क शीतनई दिल्ली, लखनऊसमझौता: आँगन, ऐसे छज्जे जो ग्रीष्म की धूप रोकें पर शीत की धूप आने दें, मध्यम द्रव्यमान, खुली छतें, मानसून हेतु आर-पार संवातन
शीतोष्णवर्ष भर मध्यम तापमान व आर्द्रता, कोई कठोर ऋतु नहींबेंगलुरुमध्यम द्वार-खिड़कियाँ, मुक्त संवातन, ग्रीष्म की धूप से छाया, वर्षा-संरक्षण, मध्यम द्रव्यमान; किसी भी प्रकार की अति से बचें
शीतवर्ष के अधिकांश भाग में निम्न तापमान; शीत-धूपदार (लेह) में ऊष्मा-ग्रहण, शीत-मेघाच्छन्न में ऊष्मा-संरक्षण चाहिएश्रीनगर, शिमला, लेहसंहत रूप (निम्न पृष्ठ-आयतन अनुपात), ऊष्मारोधी दीवारें व छत, दोहरा शीशा, पीछे द्रव्यमान सहित सूर्याभिमुख शीशा, ठंडी पवन की ओर छोटे खुले भाग, बर्फ़ गिराने वाली ढलवाँ छतें
⚠️ उष्ण-शुष्क व उष्ण-आर्द्र को आर्द्रता बाँटती है, तापमान नहीं
दोनों क्षेत्र गर्म हैं, अतः केवल उच्च शुष्क-बल्ब तापमान बताने वाला प्रश्न इनमें निर्णय नहीं कर सकता: विभेदक सापेक्ष आर्द्रता (और उसके साथ चलने वाला दैनिक तापांतर) है। इसी प्रकार मिश्रित का अर्थ “औसत” नहीं है: अर्थ है कि वर्ष में गर्म-शुष्क, उष्ण-आर्द्र तथा ठंडी ऋतुएँ हैं और कोई भी आधे वर्ष नहीं टिकती, इसलिए भवन को तीनों की सेवा करनी है, किसी एक पर कसा नहीं जा सकता।

2. अभिकल्प में वृहत्, मध्यम व सूक्ष्म जलवायु

जलवायु तीन स्तरों पर पढ़ी जाती है। वृहत्-जलवायु क्षेत्र या मंडल की जलवायु है, जो मौसम-केंद्र का आँकड़ा देता है। मध्यम (स्थानीय) जलवायु नगर, घाटी या तट की है, जहाँ नगरीय क्षेत्र, पर्वत-शृंखला या समुद्री समीर क्षेत्रीय चित्र को बदलते हैं। सूक्ष्म-जलवायु स्थल और भवन के आसपास के कुछ मीटर की है। अभिकल्पक वृहत्-जलवायु नहीं बदल सकता पर सूक्ष्म-जलवायु बदल सकता है, और भली-भाँति सँभाला गया स्थल भवन का कोई अंग खींचने से पहले ही परिस्थितियों को आराम की ओर बहुत दूर ले जा सकता है।

  • भू-आकृति: उत्तरी गोलार्ध में विषुवत्-रेखा की ओर मुख वाली ढलानें अधिक धूप पाती हैं; ठंडी वायु सघन होती है और रात में ढलान से नीचे बहती है, इसलिए घाटी-तल व गड्ढे शीत-कुंड व पाला-क्षेत्र बनते हैं, पहाड़ी की चोटी पर पवन तेज़ रहती है, और ढलान के मध्य की “ऊष्मीय पट्टी” सबसे सौम्य है। शीत जलवायु में गड्ढे व ठंडी पवन वाली चोटी से बचें।
  • वनस्पति: छाया देती है, वाष्पोत्सर्जन से ठंडक देती है और पवन रोकती है। सूर्याभिमुख व पश्चिमी ओर पर्णपाती वृक्ष ग्रीष्म में छाया देते और शीत की धूप निकलने देते हैं; पवन-रोधक अपनी ऊँचाई के कई गुना दूरी तक पवन-विमुख ओर को आश्रय देता है।
  • जलाशय: जल की विशिष्ट ऊष्मा अधिक होती है, अतः वह दैनिक तापांतर घटाता और वाष्पन से ठंडक देता है; तटों पर स्थल-समीर व समुद्र-समीर चलते हैं। उष्ण-आर्द्र क्षेत्र में उनसे जुड़ने वाली अतिरिक्त नमी हानि है, उष्ण-शुष्क में लाभ।
  • भू-पृष्ठ: पक्के फ़र्श व गहरी सतहें ऊष्मा सोखती व पुनः विकीर्ण करती हैं; घास व हल्की, उच्च-परावर्तनांक (albedo) सतहें ठंडी रहती हैं। पड़ोसी भवन छाया देते हैं, पवन-छाया बनाते हैं या पवन को नली-मार्ग देते हैं।

मध्यम स्तर पर मुख्य परिघटना नगरीय ऊष्मा द्वीप है: सघन नगर अपने परिवेश से कई अंश गर्म रहता है, रात में सबसे स्पष्ट। कारण हैं पक्की सतहें व अल्प वाष्पोत्सर्जन, ऊष्मा संचित करने वाली भारी गहरी सामग्री, गली-कंदरा की ज्यामिति (कम आकाश-दृश्य गुणक दीर्घ-तरंग विकिरण को रोकता और रात की ठंडक धीमी करता है), वाहनों व वातानुकूलन की अपशिष्ट ऊष्मा, तथा घटी पवन। उपाय हैं वृक्ष व खुला स्थान, शीतल (उच्च-परावर्तनांक) छतें व फ़र्श, जल, तथा गली का अभिमुखन व पवन-गलियारे।

क्षेत्र के अनुसार नगरीय विन्यास
पक्षउष्ण-शुष्कउष्ण-आर्द्र
भवन-समूहनसंहत, परस्पर छाया, आँगनपवन हेतु अंतराल सहित बिखरा
गलियाँसंकरी, गहरी, छायायुक्त; ऊँचाई-चौड़ाई अनुपात अधिकचौड़ी, प्रचलित पवन की दिशा में
खुला स्थानछायायुक्त, जल व रोपण सहितरोपित, पर पवन कभी न रोकता

3. सूर्य का पथ और सौर कोण

पृथ्वी का अक्ष उसकी कक्षा से 23.45° (लगभग 23°27′) झुका है, जिससे ऋतुएँ बनती हैं। क्रांति (declination) δ सूर्य की किरणों और विषुवत्-तल के बीच का कोण है: जून अयनांत (21 जून) पर लगभग +23.45°, विषुव (लगभग 21 मार्च व 23 सितंबर) पर 0° तथा दिसंबर अयनांत (22 दिसंबर) पर लगभग −23.45°। कूपर का सन्निकटन δ = 23.45° × sin[360° × (284 + n) / 365] है, जहाँ n वर्ष का दिन-क्रमांक है। 21 जून को कर्क रेखा पर मध्याह्न में सूर्य शिरोपरि होता है, और विषुवों पर विषुवत्-रेखा पर।

सौर कोण (उत्तरी गोलार्ध)
राशिअर्थ व मानक परिणाम
घंटा कोण hh = 15° × (सौर समय − 12 घंटे); सौर मध्याह्न पर शून्य, प्रातः ऋणात्मक, अपराह्न में धनात्मक
उन्नतांश αक्षितिज से ऊपर सूर्य का कोण; शीर्ष कोण = 90° − α। sin α = sin φ sin δ + cos φ cos δ cos h
मध्याह्न उन्नतांशα = 90° − φ + δ जब सूर्य शिरोबिंदु के दक्षिण में हो (φ अक्षांश है)
दिगंश Aसूर्य के ऊर्ध्वाधर तल की दिशा; sin A = cos δ sin h / cos α। देखें कि प्रश्न कौन-सा आधार (उत्तर या दक्षिण) लेता है
सूर्योदय घंटा कोणcos h_s = −tan φ tan δ; दिन की लंबाई = 2 h_s / 15 घंटे। विषुव पर दिन सर्वत्र 12 घंटे का होता है

अक्षांश 28° उ. पर हल किया उदाहरण: मध्याह्न उन्नतांश विषुव पर 90° − 28° + 0° = 62°, 21 जून को 90° − 28° + 23.5° = 85.5° तथा 21 दिसंबर को 90° − 28° − 23.5° = 38.5° है। विषुवों पर सूर्य ठीक पूर्व में उगता और ठीक पश्चिम में डूबता है; ग्रीष्म में उन बिंदुओं के उत्तर की ओर, शीत में दक्षिण की ओर। विषुवत्-रेखा के निकट दिन की लंबाई लगभग नहीं बदलती और सूर्य वर्ष भर ऊँचा रहता है; इसीलिए उष्णकटिबंधीय धूप दक्षिणी दीवार की नहीं, छत व पूर्व-पश्चिम की समस्या है।

⚠️ जब मध्याह्न का सूर्य शिरोबिंदु के उत्तर में हो
सूत्र 90° − φ + δ मानता है कि मध्याह्न का सूर्य शिरोबिंदु के दक्षिण में है। क्रांति से कम अक्षांश पर (ग्रीष्म में दक्षिण भारत) यह 90° से अधिक देता है, जिसका अर्थ है कि सूर्य शिरोबिंदु के उत्तर में है। वास्तविक उन्नतांश 90° − (δ − φ) है। 21 जून (δ = 23.5°) को 13° उ. पर सूत्र 100.5° देता है, वास्तविक उन्नतांश 79.5° है, और छायाएँ दक्षिण की ओर पड़ती हैं।

सौर समय सूर्य के अनुसार समय है, अतः सौर मध्याह्न तब है जब सूर्य स्थानीय याम्योत्तर पर हो। सौर समय = मानक समय + 4 मिनट × (स्थानीय देशांतर − मानक याम्योत्तर) + कालसमीकरण, जहाँ कालसमीकरण वर्ष भर में अधिकतम लगभग 16 मिनट का संशोधन है। भारतीय मानक समय 82.5° पू. याम्योत्तर पर आधारित है, अतः 72.5° पू. का स्थान 10° पश्चिम में है और वहाँ सौर मध्याह्न 12:00 IST के 40 मिनट बाद होता है (कालसमीकरण छोड़कर)। सूर्य-पथ आरेख किसी अक्षांश हेतु सूर्य का मार्ग आलेखित करता है: उन्नतांश के संकेंद्री वृत्त, दिगंश की त्रिज्य रेखाएँ, प्रत्येक माह की 21 तारीख़ का एक चाप तथा घंटों की आड़ी रेखाएँ। उस पर रखा छाया-कोण कोणमापी तुरंत दिखाता है कि कोई युक्ति किन घंटों में छाया देती है।

4. छाया कोण, छायाकरण युक्तियाँ, अभिमुखन व सौर ऊष्मा-लाभ

दो छाया कोण सूर्य की स्थिति को युक्ति के आकार में बदलते हैं। क्षैतिज छाया कोण (HSA, γ) सूर्य और दीवार के अभिलंब (वह दिशा जिधर मुख-भाग है) के बीच दिगंश का अंतर है। ऊर्ध्वाधर छाया कोण (VSA) दीवार के अभिलंब ऊर्ध्वाधर तल में नापा गया सूर्य का उन्नयन है, जो tan VSA = tan α / cos γ से मिलता है। सूर्य के ठीक सामने वाले मुख-भाग (γ = 0) हेतु VSA उन्नतांश के बराबर होता है। γ = 60° व α = 45° हेतु tan VSA = 1 / 0.5 = 2, अतः VSA = 63.4°।

  • प्रक्षेपण P का क्षैतिज छज्जा अपने किनारे के नीचे दीवार पर गहराई P tan VSA की छाया डालता है। जिस खिड़की (ऊँचाई H) का शीर्ष छज्जे से लगा हो उसे ढकने हेतु P = H / tan VSA। अक्षांश 28° उ. पर, विषुव के मध्याह्न में दक्षिणमुखी 1.2 m खिड़की (α = 62°) हेतु P = 1.2 / tan 62° = 0.64 m चाहिए।
  • प्रक्षेपण P का ऊर्ध्वाधर पंख (fin) दीवार के साथ चौड़ाई P tan HSA की छाया डालता है; S अंतराल पर लगे पंख तब पूर्ण छाया देते हैं जब P = S / tan HSA।
  • अंडा-पेटी (egg-crate: क्षैतिज व ऊर्ध्वाधर दोनों) और कोणीय झिलमिली वहाँ काम आती हैं जहाँ सूर्य नीचा और तिरछा दोनों हो, जैसे पश्चिमी व दक्षिण-पश्चिमी मुख-भागों पर।
भारत के उष्णकटिबंध में अभिमुखन के अनुसार संपर्क (उत्तरी गोलार्ध)
मुख-भागसूर्य व उसकी आवश्यकता
छतग्रीष्म में सर्वाधिक विकिरण पाती है; छाया, ऊष्मारोधन व हल्का रंग दें
पूर्वी व पश्चिमी दीवारेंनीचा, तीव्र सूर्य, छाया कठिन; शीशा छोटा रखें या सेवा-कक्ष, वृक्ष व ऊर्ध्वाधर तथा अंडा-पेटी युक्तियों से बचाएँ
दक्षिणी दीवारऊँचा मध्याह्न सूर्य, छज्जे से आसानी से छायायुक्त; नीचे शीत-सूर्य को आने देती है
उत्तरी दीवारसीधी धूप अल्प (ग्रीष्म में सूर्योदय-सूर्यास्त पर थोड़ी); स्थिर, चकाचौंध-रहित दिवालोक
⚠️ पूर्व-पश्चिम की धूप पर क्षैतिज छज्जे कम काम के
दीवार पर लगभग लंबवत नीचा सूर्य उचित गहराई के किसी भी छज्जे के नीचे से निकल जाता है। इसीलिए उष्ण क्षेत्रों में भवन की लंबी धुरी पूर्व-पश्चिम (लंबे मुख-भाग उत्तर-दक्षिण) रखी जाती है और पूर्वी-पश्चिमी शीशा न्यूनतम किया जाता है। अपवाद उष्ण-आर्द्र क्षेत्र है, जहाँ अभिमुखन पहले प्रचलित समीर पकड़ने हेतु चुना जाता है।

सौर ऊष्मा-लाभ दो मार्गों से आता है। काँच से सीधी, विसरित व परावर्तित किरणें सीधे गुज़रती हैं (काँच लघु-तरंग सूर्य-ऊर्जा पारित करता और कक्ष से पुनः विकीर्ण दीर्घ-तरंग ऊष्मा रोकता है, यही ग्रीनहाउस प्रभाव है); शीशे की श्रेणी सौर ऊष्मा-लाभ गुणांक (SHGC, आपतित सौर ऊर्जा का वह अंश जो भीतर ऊष्मा बनता है) और दृश्य प्रकाश संचरण से तय होती है। अपारदर्शी दीवारों व छतों से सूर्य ऐसे काम करता है मानो बाहर की वायु अधिक गर्म हो, जिसे सॉल-एयर तापमान T_sa = T_o + α·I / h_o (दीर्घ-तरंग पद छोड़कर) व्यक्त करता है, जहाँ α सतह की अवशोषकता, I आपतित विकिरण और h_o बाह्य सतह गुणांक है। α = 0.6, I = 700 W/m² व h_o = 20 W/m²K लेने पर ऊष्मा-प्रवाह की गणना में सूर्य वायु-तापमान में 0.6 × 700 / 20 = 21 K जोड़ता है।

5. ऊष्मीय आराम: ऊष्मा-संतुलन व सूचकांक

ऊष्मीय आराम मन की वह अवस्था है जो ऊष्मीय परिवेश से संतोष व्यक्त करती है, और भौतिक रूप से यह ऊष्मा-संतुलन है। शरीर उपापचयी ऊष्मा M बनाता है, बाह्य कार्य W (अल्प) करता है, और शेष को संवहन C, विकिरण R, वाष्पन E (स्वेद व श्वास) तथा गौण चालन K से खोना होता है; क्रोड लगभग 37 °C और त्वचा लगभग 33 से 34 °C पर रहती है। हानि कम पड़े तो शरीर ऊष्मा संचित करता और गर्म लगता है; हानि M − W से अधिक हो तो ठंड लगती है।

आराम के छह कारक
कारकप्रकारयह किसे नियंत्रित करता है
वायु (शुष्क-बल्ब) तापमानपर्यावरणीयसंवहनी हानि C
माध्य विकिरण तापमान (MRT)पर्यावरणीयदीवारों, छत, सूर्य से विकिरण-विनिमय R
वायु-वेगपर्यावरणीयसंवहन व वाष्पन दोनों बढ़ाता है
आर्द्रता (वाष्प-दाब)पर्यावरणीयवाष्पन-हानि E; मंद तापमान पर क्षीण, गर्मी में प्रबल
उपापचय दर (met; 1 met = 58.2 W/m²)वैयक्तिकउत्पन्न ऊष्मा: बैठे विश्राम में लगभग 1 met
वस्त्र-ऊष्मारोधन (clo; 1 clo = 0.155 m²K/W)वैयक्तिकत्वचा से ऊष्मा-हानि का प्रतिरोध

केवल एक तापमान आराम को नहीं पकड़ता, अतः सूचकांक कारकों को मिलाते हैं। प्रचालनी तापमान निम्न वायु-वेग पर वायु-तापमान व MRT का लगभग माध्य है (28 °C वायु व 34 °C MRT से 31 °C); ग्लोब तापमापी MRT नापता है। प्रभावी तापमान (ET, ह्यूटन व याग्लू) स्थिर संतृप्त वायु का वह तापमान है जो वास्तविक शुष्क-बल्ब, आर्द्रता व वायु-गति जैसी अनुभूति दे, जो नॉमोग्राम से पढ़ा जाता है; संशोधित ET ग्लोब तापमान से विकिरण जोड़ता है। उष्णकटिबंधीय ग्रीष्म सूचकांक (TSI), जो भारत में भारतीय व्यक्तियों हेतु विकसित हुआ, 50% सापेक्ष आर्द्रता की शांत वायु का वह तापमान है जो वैसी ही अनुभूति दे। जलवायविक चार्ट (ओल्गयाय; गिवोनी) शुष्क-बल्ब को आर्द्रता के विरुद्ध आलेखित करते हैं और आराम-क्षेत्र तथा वह युक्ति (छाया, पवन, वाष्पीकरणी शीतलन, द्रव्यमान, तापन) दिखाते हैं जो बिंदु को उसमें लौटाए, तथा महोनी सारणियाँ सारणीबद्ध जलवायु-आँकड़ों को अभिकल्प-अनुशंसाओं में बदलती हैं।

⚠️ प्रभावी तापमान तापमापी का पाठ्यांक नहीं है
ET, TSI व प्रचालनी तापमान तुल्य तापमान हैं: प्रत्येक किसी काल्पनिक मानक परिवेश का पाठ्यांक है जो वैसा ही लगे। 30 °C की वायु का ET उसकी आर्द्रता व गति के अनुसार 30 °C से अधिक या कम हो सकता है, अतः दोनों को कभी बराबर न मानें।

6. PMV व PPD, अनुकूलनी आराम तथा साइक्रोमेट्रिक तर्क

फैंगर का PMV (पूर्वानुमानित माध्य मत; ISO 7730 व ASHRAE 55 का आधार) छह कारकों को ऊष्मा-संतुलन समीकरण में डालकर बड़े समूह का माध्य मत सात-बिंदु पैमाने पर बताता है: −3 ठंडा, −2 शीतल, −1 कुछ शीतल, 0 उदासीन, +1 कुछ गर्म, +2 गर्म, +3 अति गर्म। PPD (पूर्वानुमानित असंतुष्ट प्रतिशत) इससे निकलता है: PPD = 100 − 95 exp(−0.03353 PMV⁴ − 0.2179 PMV²)। इसका न्यूनतम PMV = 0 पर 5% है, क्योंकि लोग भिन्न होते हैं और कुछ उदासीनता पर भी असंतुष्ट रहते हैं; PMV = ±0.5 पर लगभग 10% और PMV = +1 पर लगभग 26% आता है। मॉडल स्थिर, एकसमान दशाओं और जलवायु-कक्ष परीक्षणों पर आधारित है, अतः यांत्रिक रूप से वातानुकूलित कक्षों हेतु उपयुक्त है।

वास्तविक भवनों के क्षेत्र-सर्वेक्षण दिखाते हैं कि प्राकृतिक रूप से संवातित (मुक्त-संचलित) भवनों के निवासी PMV की अनुमति से अधिक गर्म दशाएँ स्वीकारते हैं, क्योंकि वे अनुकूलन करते हैं: व्यवहारगत (वस्त्र, खिड़कियाँ, पंखे, मुद्रा), शारीरिक (अनुकूलित होना) तथा मनोवैज्ञानिक (अपेक्षा व नियंत्रण)। अतः अनुकूलनी आराम में आराम-तापमान प्रचलित बाह्य तापमान के साथ खिसकता है। ASHRAE 55 का अनुकूलनी मॉडल T_comf = 0.31 T_out + 17.8 (°C, T_out प्रचलित माध्य बाह्य तापमान) है, स्वीकार्य पट्टी 80% हेतु ±3.5 K और 90% स्वीकार्यता हेतु ±2.5 K; T_out = 30 °C पर T_comf = 27.1 °C। भारतीय क्षेत्र-अध्ययन अपने अनुकूलनी मॉडल देते हैं, और छत का पंखा ऊपरी सीमा को कई केल्विन उठा देता है।

आराम के पूर्वानुमान की दो रीतियाँ
विशेषताPMV–PPD (ऊष्मा-संतुलन)अनुकूलनी मॉडल
आधारशरीर का भौतिकी-मॉडल व कक्ष-परीक्षणवास्तविक निवासियों के क्षेत्र-सर्वेक्षण
सर्वाधिक उपयुक्तवातानुकूलित, नियंत्रित कक्षप्राकृतिक संवातित, निवासी-नियंत्रित भवन
आराम-तापमानछह कारकों से निश्चितबाह्य माध्य तापमान के साथ खिसकता है

साइक्रोमेट्रिक तर्क उस चार्ट का उपयोग करता है जिसकी क्षैतिज धुरी शुष्क-बल्ब तापमान और ऊर्ध्वाधर धुरी आर्द्रता-अनुपात है, जिसमें सापेक्ष आर्द्रता के वक्र और ढलवाँ आर्द्र-बल्ब (लगभग स्थिर-एन्थैल्पी) रेखाएँ हैं; ओसांक को क्षैतिज दिशा में संतृप्ति-वक्र तक पढ़ा जाता है। स्थिर वायु व हल्के घरेलू वस्त्रों हेतु आराम-क्षेत्र पच्चीस °C के आसपास मध्यम तापमान पर, लगभग 30% से 60% सापेक्ष आर्द्रता के बीच होता है। संवेद्य तापन या शीतलन बिंदु को क्षैतिज चलाता है; प्रत्यक्ष वाष्पीकरणी शीतलन उसे स्थिर आर्द्र-बल्ब रेखा पर नीचे ले जाता है (शुष्क-बल्ब गिरता है, आर्द्रता बढ़ती है); ओसांक के नीचे शीतलन आर्द्रता घटाता है। जो सतह अपने संपर्क की वायु के ओसांक से ठंडी हो उस पर संघनन जमता है, इसी प्रकार ठंडी दीवारों पर फफूँदी बनती है।

🎯 आर्द्र वायु को केवल चलाकर ही राहत क्यों
वाष्पीकरणी शीतलन को शुष्क-बल्ब व आर्द्र-बल्ब तापमान के बीच अंतर चाहिए। उष्ण-आर्द्र वायु में वह अंतर एक-दो अंश होता है, इसलिए जल के वाष्पित होने को कुछ बचता ही नहीं और शरीर का अपना स्वेद भी कठिनाई से वाष्पित होता है। प्रभावी राहत केवल त्वचा पर वायु-गति से मिलती है, इसीलिए उष्ण-आर्द्र अनुक्रिया खुली, हवादार व हल्की होती है, जबकि उष्ण-शुष्क अनुक्रिया (बड़ा आर्द्र-बल्ब अवनमन) जल और द्रव्यमान का उपयोग कर सकती है।

मुख्य बिंदु

  • पाँच क्षेत्र उष्ण-शुष्क, उष्ण-आर्द्र, मिश्रित, शीतोष्ण व शीत हैं; उष्ण-शुष्क को उष्ण-आर्द्र से आर्द्रता (तापमान नहीं) अलग करती है, और मिश्रित का अर्थ है कि कोई ऋतु आधे वर्ष नहीं टिकती।
  • वृहत्-जलवायु दी हुई है, सूक्ष्म-जलवायु अभिकल्पित होती है: भू-आकृति, वनस्पति, जल, भू-पृष्ठ व पड़ोसी; नगरीय ऊष्मा द्वीप पक्की सतहों, संचित ऊष्मा, कंदरा-ज्यामिति व अपशिष्ट ऊष्मा से बनता है।
  • मध्याह्न उन्नतांश = 90° − φ + δ (सूर्य शिरोबिंदु के दक्षिण में); क्रांति +23.45° से −23.45° तक चलती है; सौर मध्याह्न से h = 15° प्रति घंटा; सौर समय 82.5° पू. याम्योत्तर से प्रति अंश 4 मिनट खिसकता है।
  • tan VSA = tan α / cos γ; छज्जा P = H / tan VSA पर छाया देता है; छज्जे सूर्याभिमुख मुख-भागों के लिए हैं, जबकि नीचे पूर्व-पश्चिमी सूर्य हेतु शीशा न्यूनतम, पंख या अंडा-पेटी चाहिए; उष्ण क्षेत्रों में लंबी धुरी पूर्व-पश्चिम।
  • आराम छह कारकों का ऊष्मा-संतुलन है: वायु-तापमान, MRT, वायु-वेग, आर्द्रता, उपापचय दर व वस्त्र; ET, TSI व प्रचालनी तापमान तुल्य तापमान हैं, पाठ्यांक नहीं।
  • PMV −3 से +3 तक चलता है और PPD 5% से नीचे कभी नहीं जाता; अनुकूलनी मॉडल (T_comf = 0.31 T_out + 17.8) मुक्त-संचलित भवनों हेतु है; साइक्रोमेट्रिक चार्ट पर वाष्पीकरणी शीतलन आर्द्र-बल्ब रेखा पर चलता है और वहीं कारगर है जहाँ आर्द्र-बल्ब अवनमन बड़ा हो।

अभ्यास प्रश्न (18)

उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।

  1. एक उष्ण-आर्द्र तटीय नगर में आवास-समूह नियोजित है। निर्णयों का कौन-सा समुच्चय जलवायु के सबसे अनुकूल है?

    1. संहत आँगन-नियोजन, मोटी भारी दीवारें व छत, छोटे गहरी छाया वाले खुले भाग, हल्के रंग और द्रव्यमान ठंडा करने हेतु रात्रि-संवातन
    2. प्रचलित समीर की ओर खुला, लंबा नियोजन, बड़े छायायुक्त खुले भाग, हल्का कम-द्रव्यमान आवरण और ढलवाँ छत पर चौड़ी ओलती
    3. ऊष्मारोधी दीवारों, दोहरे शीशे और शीत की ऊष्मा को वर्ष भर रोकने हेतु दक्षिणमुखी काँच-धूपघर वाला संहत नियोजन
    4. भीतरी आलिंद के चारों ओर छोटी खिड़कियों वाला गहरा नियोजन, जिसमें सभी कक्षों को वाष्पीकरण से ठंडा करने हेतु आलिंद के जल-कुंड पर निर्भरता हो
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — प्रचलित समीर की ओर खुला, लंबा नियोजन, बड़े छायायुक्त खुले भाग, हल्का कम-द्रव्यमान आवरण और ढलवाँ छत पर चौड़ी ओलती

    उष्ण-आर्द्र वायु में दोहन योग्य आर्द्र-बल्ब अवनमन नहीं होता और द्रव्यमान को धोने हेतु ठंडी रात भी नहीं, इसलिए एकमात्र प्रभावी राहत वायु-गति है: छायायुक्त खुले भागों व हल्के आवरण सहित खुला, समीराभिमुख नियोजन। संहत भारी आँगन-योजना उष्ण-शुष्क का उत्तर है, और उसका द्रव्यमान दिन की गर्मी को उस रात भर थामे रखेगा जो कभी ठंडी नहीं होती; ऊष्मारोधी धूप-जाल शीत क्षेत्र का उत्तर है।

  2. भारतीय जलवायु के पाँच-क्षेत्र वर्गीकरण में उष्ण-शुष्क और उष्ण-आर्द्र क्षेत्र मुख्यतः किससे अलग होते हैं?

    1. समुद्र-तल से ऊँचाई, क्योंकि उष्ण-आर्द्र स्थान उष्ण-शुष्क स्थानों से कहीं अधिक ऊँचाई पर होते हैं
    2. माध्य मासिक अधिकतम तापमान, क्योंकि उष्ण-शुष्क स्थान उष्ण-आर्द्र स्थानों से कहीं अधिक गर्म होते हैं
    3. सापेक्ष आर्द्रता, क्योंकि दोनों क्षेत्र गर्म हैं और अभिकल्प-अनुक्रिया आर्द्रता तय करती है
    4. प्रचलित पवन की दिशा, क्योंकि केवल उष्ण-आर्द्र स्थानों पर समुद्र से पवन आती है
    उत्तर देखें

    उत्तर: C — सापेक्ष आर्द्रता, क्योंकि दोनों क्षेत्र गर्म हैं और अभिकल्प-अनुक्रिया आर्द्रता तय करती है

    दोनों क्षेत्रों के माध्य मासिक अधिकतम लगभग 30 °C से ऊपर हैं, अतः तापमान उन्हें अलग नहीं कर सकता; सापेक्ष आर्द्रता करती है (सामान्य विभाजन-रेखा लगभग 55% है)। लुभावना उत्तर, उष्ण-शुष्क में अधिक तापमान, गलत है क्योंकि उष्ण-आर्द्र क्षेत्र उतना ही गर्म है पर वाष्पीकरणी शीतलन के अभाव में अधिक दमघोंटू लगता है।

  3. निम्न में से कौन नगरीय ऊष्मा द्वीप प्रभाव में योगदान देते हैं?

    1. सीलबंद, अपारगम्य सतहें जो वाष्पोत्सर्जन दबाती हैं
    2. वाहनों व वातानुकूलन उपकरणों से निकलने वाली अपशिष्ट ऊष्मा
    3. कम आकाश-दृश्य गुणक वाली संकरी गली-कंदरा जो रात्रि की दीर्घ-तरंग शीतलन को धीमा करती है
    4. पड़ोस पर व्यापक वृक्ष-छत्र और उच्च-परावर्तनांक वाली छतें
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — सीलबंद, अपारगम्य सतहें जो वाष्पोत्सर्जन दबाती हैं; B — वाहनों व वातानुकूलन उपकरणों से निकलने वाली अपशिष्ट ऊष्मा; C — कम आकाश-दृश्य गुणक वाली संकरी गली-कंदरा जो रात्रि की दीर्घ-तरंग शीतलन को धीमा करती है

    अपारगम्य सतहें वाष्पीकरणी शीतलन हटाती हैं, अपशिष्ट ऊष्मा भार बढ़ाती है, और कम आकाश-दृश्य वाली गहरी कंदरा रात में दीर्घ-तरंग विकिरण को रोकती है। वृक्ष-छत्र और उच्च-परावर्तनांक छतें ऊष्मा द्वीप के उपचार हैं: वे अवशोषित धूप घटाती और वाष्पोत्सर्जन जोड़ती हैं, अतः प्रभाव को घटाती हैं।

  4. उत्तरी गोलार्ध के शीत, धूपदार क्षेत्र में पहाड़ी ढलान पर घर बनाना है। कौन-सा स्थान सबसे सौम्य परिस्थितियाँ देता है?

    1. संकरी घाटी का तल, जहाँ भूभाग भवन को हर ओर पवन से बचाता है और ज़मीन समतल है
    2. कटक की खुली चोटी, जिसे धूप के सबसे लंबे घंटे और परिवेश का सबसे विस्तृत दृश्य मिलता है
    3. उत्तरमुखी ढलान का पाद, जहाँ भवन तीव्रतम अपराह्न धूप से छायायुक्त और ठंडा रहता है
    4. दक्षिणमुखी पहाड़ी की मध्य-ढलान, जो रात्रि के शीत-वायु कुंड से ऊपर और ठंडी पवन से आश्रित है
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    उत्तर: D — दक्षिणमुखी पहाड़ी की मध्य-ढलान, जो रात्रि के शीत-वायु कुंड से ऊपर और ठंडी पवन से आश्रित है

    ठंडी वायु सघन होती है और रात में ढलान से नीचे बहती है, इसलिए घाटी का तल आश्रित होने पर भी ठंडा, पालेदार कुंड बन जाता है; चोटी पर पूरी पवन-शीतलता पड़ती है। दक्षिणमुखी मध्य-ढलान धूप पाती है और कुंड के ऊपर की सौम्य ऊष्मीय पट्टी में रहती है। घाटी-तल आश्रय के कारण लुभाता है, पर उसका शीत-वायु संग्रह उस लाभ से भारी पड़ता है।

  5. 28° उ. अक्षांश पर 21 दिसंबर को सूर्य का मध्याह्न उन्नतांश, क्रांति −23.5° लेकर, ____ अंश है (दशमलव के एक स्थान तक)।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

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    उत्तर: 38.5

    मध्याह्न उन्नतांश = 90° − अक्षांश + क्रांति = 90 − 28 + (−23.5) = 38.5°। शीर्ष कोण से जाँच: वह |φ − δ| = 28 + 23.5 = 51.5° है, अतः उन्नतांश 90 − 51.5 = 38.5° है।

  6. 13° उ. के एक स्थान पर 21 जून (क्रांति +23.5°) को सौर मध्याह्न में 10 m ऊँचे ऊर्ध्वाधर खंभे का अवलोकन होता है। उसकी छाया की लंबाई, मीटर में दशमलव के दो स्थान तक, ____ है।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

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    उत्तर: 1.85

    यहाँ δ, φ से अधिक है, अतः मध्याह्न का सूर्य शिरोबिंदु के उत्तर में है: शीर्ष कोण = δ − φ = 23.5 − 13 = 10.5°, उन्नतांश = 79.5° (सूत्र 90 − φ + δ से 100.5° आता, जो उन्नतांश नहीं है)। छाया = 10 / tan 79.5° = 10 × tan 10.5° = 10 × 0.1853 = 1.85 m, दक्षिण की ओर पड़ती हुई।

  7. 28° उ. पर दक्षिणमुखी 1.2 m ऊँची खिड़की के ऊपर ऐसा छज्जा है जिसकी निचली सतह खिड़की के शीर्ष से समतल है। विषुव के सौर मध्याह्न में पूरी खिड़की को ठीक छाया देने हेतु छज्जे का निकास ____ m (दशमलव के दो स्थान तक) होना चाहिए।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

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    उत्तर: 0.64

    विषुव पर δ = 0, अतः मध्याह्न उन्नतांश 90 − 28 = 62° है। दीवार सूर्य के सम्मुख है (γ = 0), इसलिए VSA = α = 62°। निकास P = H / tan VSA = 1.2 / 1.8807 = 0.638, अर्थात् 0.64 m। जाँच: छाया की गहराई P tan 62° = 0.64 × 1.8807 = 1.20 m, यानी खिड़की की ऊँचाई।

  8. कालसमीकरण छोड़कर, 72.5° पू. के स्थान पर सौर मध्याह्न 12:00 भारतीय मानक समय के ____ मिनट बाद होता है (IST 82.5° पू. याम्योत्तर पर आधारित है)।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

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    उत्तर: 40

    स्थान मानक याम्योत्तर से 82.5 − 72.5 = 10° पश्चिम में है। सूर्य प्रत्येक देशांतर-अंश 4 मिनट में पार करता है, और पश्चिमी स्थान तक देर से पहुँचता है, इसलिए सौर मध्याह्न = 12:00 + 10 × 4 = 12:40 IST, अर्थात् 12:00 के 40 मिनट बाद।

  9. उष्णकटिबंध में पश्चिममुखी खिड़की हेतु देर अपराह्न में कौन-सा छायाकरण उपाय सर्वाधिक प्रभावी है?

    1. ऊर्ध्वाधर पंख या अंडा-पेटी युक्ति, छोटी खिड़की सहित, क्योंकि सूर्य नीचा और दीवार पर लगभग लंबवत है
    2. खिड़की के ऊपर गहरा क्षैतिज छज्जा, क्योंकि छज्जा हर मुख-भाग पर हर घंटे समान रूप से कारगर रहता है
    3. कोई युक्ति नहीं, क्योंकि अपराह्न की धूप मध्याह्न की धूप से बहुत क्षीण है और कक्ष में थोड़ी ऊष्मा जोड़ती है
    4. हल्का भीतरी पर्दा, क्योंकि कक्ष की ओर धूप रोकना ऊष्मा रोकने का सबसे सस्ता तरीका है
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — ऊर्ध्वाधर पंख या अंडा-पेटी युक्ति, छोटी खिड़की सहित, क्योंकि सूर्य नीचा और दीवार पर लगभग लंबवत है

    दीवार पर लगभग अभिलंब नीचा सूर्य किसी भी व्यावहारिक छज्जे के नीचे से निकल जाता है, इसलिए छायाकरण को मुख-भाग के तल में काम करना होगा: ऊर्ध्वाधर या अंडा-पेटी युक्तियाँ, शीशा छोटा रखकर। छज्जे दक्षिणी मुख-भाग की युक्ति हैं। शीशे के भीतर का पर्दा ऊष्मा को पहले अंदर आने देता है (विकिरण भवन में पहुँच चुका होता है), इसलिए वह सबसे कमज़ोर उपाय है।

  10. छत की सतह का सॉल-एयर तापमान सर्वोत्तम रूप में क्या है?

    1. वह सतह-तापमान जो दिन के सबसे गर्म घंटे में खुली, गहरी छत पर अवरक्त तापमापी पढ़ता है
    2. वह तापमान जिस पर सतह पर पड़ने वाला सौर विकिरण संवहन द्वारा वायु को खोई ऊष्मा के ठीक बराबर हो
    3. काल्पनिक बाह्य वायु-तापमान जो सतह में वही ऊष्मा-प्रवाह दे जो वास्तविक वायु-तापमान तथा अवशोषित धूप मिलकर देते हैं
    4. बाह्य वायु-तापमान और भीतरी वायु-तापमान का माध्य, जो छत-पटल का तापमान ज्ञात करने हेतु प्रयुक्त होता है
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    उत्तर: C — काल्पनिक बाह्य वायु-तापमान जो सतह में वही ऊष्मा-प्रवाह दे जो वास्तविक वायु-तापमान तथा अवशोषित धूप मिलकर देते हैं

    सॉल-एयर तापमान वह काल्पनिक बाह्य वायु-तापमान है जो बाह्य परत-गुणांक के साथ वायु-तापमान, अवशोषित सौर विकिरण (T_sa = T_o + α I / h_o) और दीर्घ-तरंग विनिमय के संयुक्त प्रभाव को सतह में ऊष्मा-प्रवाह पर दोहराता है। यह नापा हुआ सतह-तापमान नहीं है, जो लुभावना पाठ है; सतह-तापमान भवन की अपनी अनुक्रिया पर निर्भर है।

  11. भारतीय अक्षांशों पर सौर ज्यामिति व अभिमुखन के कौन-से कथन सही हैं?

    1. विषुव के सौर मध्याह्न में सूर्य का उन्नतांश 90° घटा अक्षांश के बराबर होता है
    2. घंटा कोण प्रति घंटे 15° बदलता है और सौर मध्याह्न से पहले ऋणात्मक होता है
    3. कर्क रेखा के दक्षिण के स्थान पर ग्रीष्म में मध्याह्न का सूर्य शिरोबिंदु के उत्तर में हो सकता है
    4. सूर्य वर्ष के प्रत्येक दिन ठीक पूर्व में उगता है
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — विषुव के सौर मध्याह्न में सूर्य का उन्नतांश 90° घटा अक्षांश के बराबर होता है; B — घंटा कोण प्रति घंटे 15° बदलता है और सौर मध्याह्न से पहले ऋणात्मक होता है; C — कर्क रेखा के दक्षिण के स्थान पर ग्रीष्म में मध्याह्न का सूर्य शिरोबिंदु के उत्तर में हो सकता है

    विषुव पर δ = 0 है अतः मध्याह्न उन्नतांश 90° − φ है; घंटा कोण 15° प्रति घंटा है, प्रातः ऋणात्मक; और जब क्रांति अक्षांश से अधिक हो तो मध्याह्न का सूर्य शिरोबिंदु के उत्तर में रहता है। सूर्य ठीक पूर्व में केवल विषुवों पर उगता है, उत्तरी ग्रीष्म में पूर्व के उत्तर की ओर और शीत में दक्षिण की ओर, इसलिए वह कथन असत्य है।

  12. एक खिड़की ठीक दक्षिणमुखी है। किसी घंटे सूर्य का उन्नतांश 40° और उसका दिगंश दीवार के अभिलंब से 60° दूर है। ऊर्ध्वाधर छाया कोण (tan VSA = tan α / cos γ) किसके निकटतम है?

    1. 23°, जो cos γ से भाग देने के बजाय गुणा करने पर मिलता है
    2. 59°, क्योंकि tan VSA = tan 40° / cos 60° = 0.839 / 0.5 = 1.68
    3. 40°, जो केवल तब सही है जब सूर्य दीवार के ठीक सामने हो
    4. 80°, जो स्वयं उन्नतांश-कोण को cos γ से भाग देने पर मिलता है
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — 59°, क्योंकि tan VSA = tan 40° / cos 60° = 0.839 / 0.5 = 1.68

    tan VSA = tan 40° / cos 60° = 0.8391 / 0.5 = 1.678, अतः VSA = 59.2°। सूर्य के दीवार-अभिलंब से हटने पर VSA उन्नतांश से अधिक होता है, क्योंकि छाया दीवार के अभिलंब ऊर्ध्वाधर तल में नापी जाती है; वह उन्नतांश (40°) के बराबर केवल γ = 0 पर होता है। कोण को (उसकी स्पर्शज्या को नहीं) cos γ से भाग देना आम भूल है।

  13. PMV आराम-मॉडल में निम्न में से कौन पर्यावरणीय कारक नहीं, वैयक्तिक कारक हैं?

    1. निवासी की उपापचय दर
    2. पहने गए वस्त्रों का ऊष्मारोधन
    3. आसपास की सतहों का माध्य विकिरण तापमान
    4. शरीर पर वायु-वेग
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — निवासी की उपापचय दर; B — पहने गए वस्त्रों का ऊष्मारोधन

    PMV मॉडल के छह निवेश हैं: चार पर्यावरणीय (वायु-तापमान, माध्य विकिरण तापमान, वायु-वेग, आर्द्रता) और दो वैयक्तिक (उपापचय दर met में और वस्त्र-ऊष्मारोधन clo में)। माध्य विकिरण तापमान और वायु-वेग कक्ष का वर्णन करते हैं, व्यक्ति का नहीं।

  14. PMV–PPD मॉडल में पूर्वानुमानित असंतुष्ट प्रतिशत जिस न्यूनतम मान तक पहुँच सकता है, वह है:

    1. 0%, जो तब मिलता है जब PMV ठीक शून्य हो और प्रत्येक निवासी संतुष्ट हो
    2. 2.5%, जो तब मिलता है जब वायु-वेग शून्य और आर्द्रता 50% हो
    3. 10%, जो PMV के ठीक धन या ऋण 0.5 पर मिलता है और कहीं इससे कम नहीं
    4. 5%, जो PMV = 0 पर मिलता है क्योंकि वैयक्तिक पसंद भिन्न होती है
    उत्तर देखें

    उत्तर: D — 5%, जो PMV = 0 पर मिलता है क्योंकि वैयक्तिक पसंद भिन्न होती है

    PPD = 100 − 95 exp(−0.03353 PMV⁴ − 0.2179 PMV²) का मान PMV = 0 पर 5% है और दोनों ओर बढ़ता है; PMV = ±0.5 पर लगभग 10% आता है। यह कभी शून्य नहीं होता क्योंकि लोगों की पसंद भिन्न है, इसलिए ऊष्मीय उदासीनता पर भी कुछ असंतुष्ट रहते हैं।

  15. प्राकृतिक संवातित कार्यालय में, जहाँ कर्मचारी खिड़कियाँ खोलते व पंखे चलाते हैं, PMV मॉडल निवासियों द्वारा बताई से अधिक असुविधा का पूर्वानुमान देता है। सर्वोत्तम व्याख्या यह है कि:

    1. निवासी अनुकूलन करते हैं, इसलिए उनका उदासीन तापमान बाह्य तापमान के साथ बढ़ता है, जिसे स्थिर-अवस्था ऊष्मा-संतुलन नहीं पकड़ता
    2. PMV मॉडल वायु-तापमान की उपेक्षा करता है और केवल आर्द्रता व वस्त्र से निकलता है, इसलिए गर्म कक्षों का गलत आकलन करता है
    3. प्राकृतिक संवातित कक्षों का माध्य विकिरण तापमान वातानुकूलित कक्षों से सदैव कम होता है, इसलिए मॉडल विकिरण-भार को बढ़ाकर आँकता है
    4. PPD केवल सीलबंद भवनों के बैठे निवासियों हेतु परिभाषित है, इसलिए उसके मान घूमते कर्मचारियों पर लागू नहीं होते
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    उत्तर: A — निवासी अनुकूलन करते हैं, इसलिए उनका उदासीन तापमान बाह्य तापमान के साथ बढ़ता है, जिसे स्थिर-अवस्था ऊष्मा-संतुलन नहीं पकड़ता

    PMV स्थिर-अवस्था कक्ष-परीक्षणों से निकला है और आराम-तापमान को छह कारकों से निश्चित मानता है। क्षेत्र-अध्ययन दिखाते हैं कि मुक्त-संचलित निवासी अनुकूलन करते हैं और आराम-तापमान प्रचलित बाह्य माध्य के साथ खिसकता है, इसलिए वहाँ PMV गर्म असुविधा को अधिक आँकता है। मॉडल वायु-तापमान का उपयोग करता है, अतः उसकी उपेक्षा का दावा असत्य है; समस्या अनुकूलन की है, किसी छूटे निवेश की नहीं।

  16. 33 °C शुष्क-बल्ब तापमान व 90% सापेक्ष आर्द्रता वाले दिन घर के निवासियों को कौन-सा उपाय सर्वाधिक राहत देता है?

    1. डेज़र्ट कूलर से प्रत्यक्ष वाष्पीकरणी शीतलन, क्योंकि जल वाष्पित होते समय बहुत ऊष्मा सोखता है
    2. बहुत मोटा चिनाई-आवरण और रात्रि-संवातन, ताकि रात में संचित ठंडक दिन भर चले
    3. निवासियों से आर्द्र बाह्य वायु दूर रखने हेतु दिन भर प्रत्येक खुला भाग बंद रखना
    4. सुनियोजित खुले भागों व पंखों द्वारा निवासियों पर वायु-गति में वृद्धि
    उत्तर देखें

    उत्तर: D — सुनियोजित खुले भागों व पंखों द्वारा निवासियों पर वायु-गति में वृद्धि

    वायु संतृप्ति के निकट होने से आर्द्र-बल्ब अवनमन अत्यल्प है, इसलिए जल या स्वेद का वाष्पन क्षीण है और कूलर केवल नमी जोड़ेगा; और द्रव्यमान को पुनः आवेशित करने वाली ठंडी रात होती ही नहीं। त्वचा पर चलती वायु संवहनी व वाष्पीय हानि सीधे बढ़ाती है, और यही एक उपाय कारगर है। घर को बंद करना आर्द्रता फँसाता और एकमात्र समीर हटा देता है।

  17. 30 °C शुष्क-बल्ब वाली वायु का ओसांक 20 °C है। कक्ष में शीतल जल की एक नली की बाहरी सतह का तापमान 18 °C है। नली की सतह पर क्या होता है?

    1. संघनन बनता है, क्योंकि सतह का तापमान उसे छूती वायु के ओसांक से कम है
    2. संघनन नहीं बनता, क्योंकि संघनन तभी होता है जब सतह जल के हिमांक से नीचे गिरे
    3. संघनन नहीं बनता, क्योंकि सतह वायु से बहुत ठंडी है और ऊष्मा केवल नली की ओर बहती है
    4. संघनन तभी बनता है जब कक्ष की सापेक्ष आर्द्रता पहले 100% से ऊपर चढ़े
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — संघनन बनता है, क्योंकि सतह का तापमान उसे छूती वायु के ओसांक से कम है

    वायु अपने ओसांक तक ठंडी होने पर और वाष्प नहीं रख सकती, इसलिए 18 °C की सतह, जो सटी वायु के 20 °C ओसांक से कम है, पर संघनन जमता है। कक्ष की समग्र सापेक्ष आर्द्रता का 100% होना आवश्यक नहीं: ठंडी सतह से लगी पतली परत ही संतृप्त होती है। हिमांक का संघनन से कोई संबंध नहीं।

  18. लद्दाख जैसी शीत-धूपदार जलवायु के लिए कौन-से अभिकल्प-लक्षण उपयुक्त हैं?

    1. निम्न पृष्ठ-आयतन अनुपात वाला संहत रूप
    2. सूर्याभिमुख शीशा, जिसके पीछे ऊष्मा संचित करने हेतु ऊष्मीय द्रव्यमान हो
    3. ऊष्मारोधी दीवारें व छत, साथ में दोहरा शीशा
    4. सतत आर-पार संवातन हेतु सभी ओर बड़े खुले भाग
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — निम्न पृष्ठ-आयतन अनुपात वाला संहत रूप; B — सूर्याभिमुख शीशा, जिसके पीछे ऊष्मा संचित करने हेतु ऊष्मीय द्रव्यमान हो; C — ऊष्मारोधी दीवारें व छत, साथ में दोहरा शीशा

    शीत-धूपदार जलवायु में ऊष्मा का ग्रहण और संरक्षण दोनों चाहिए: संहत रूप कम ऊष्मा खोता है, मास सहित सूर्याभिमुख शीशा धूप एकत्र व संचित करता है, और ऊष्मारोधन व दोहरा शीशा उसे थामते हैं। सभी ओर बड़े खुले भाग ठंडी पवन के कारण ऊष्मा खोते, जो आवश्यकता के ठीक विपरीत है।