SICAK ŞEKİLLENDİRME HATTINDA ISIL KONFOR Tuğçe TURAN ABİ T.C. BURSA ULUDAĞ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ SICAK ŞEKİLLENDİRME HATTINDA ISIL KONFOR Tuğçe TURAN ABİ Doç. Dr. Nurettin YAMANKARADENİZ (Danışman) YÜKSEK LİSANS TEZİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI BURSA-2019 ÖZET Yüksek Lisans Tezi SICAK ŞEKİLLENDİRME HATTINDA ISIL KONFOR Tuğçe TURAN ABİ Bursa Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Doç. Dr. Nurettin YAMANKARADENİZ İnsanlar gün içerisindeki faaliyetlerinin büyük bölümünü kapalı alanlarda geçirir. Bu nedenle insanlar için kapalı mahallerde iyi bir havalandırma ve iklimlendirme sistemi tasarlamak son derece kritiktir. İyi bir havalandırma, insanlarda hem vücut sağlığı hem de çalışma verimleri adına önemli bir kıstastır. İnsan vücudunun, enerji dengesi kurabilmesi için enerji üretmesi ve tüketmesi gerekir. Isıl dengenin sağlanması adına vücudun çevre ile arasında ısı transferi yapması esastır. Sıcaklık maruziyeti, vücudun fizyolojik ve psikolojik dengesini, çalışma verimini önemli ölçüde etkileyen ve çalışma ortamında sıkça karşılaşılan problemlerdendir. Isıl konfor ise, kişinin bulunduğu ortamın sıcaklığı ile uyumun sağlanması ve memnuniyetsizliğin bertaraf edilmesi anlamına gelmektedir. Termal konfor şartlarının tam olarak sağlanamadığı ortamlarda çalışmak zorunda kalan çalışanların verimlerinin düştüğü, güvenli çalışma durumunun zayıfladığı ve buna bağlı olarak iş kazasına maruz kalma sıklıklarının artığı gözlemlenmiştir. Bu yüzden ısıl işlemin zorunlu olduğu, sıcaklık maruziyetinin kaynağında yok edilemediği durumlarda çalışan kişilerin termal konfor şartlarının iyileştirilmeleri öncelikle çalışanların sağlığına sonrasında ise üretim verimine olumlu katkılar sağlayacaktır. Bu çalışmada, ısıl konforu belirleyen parametreler üzerine incelemeler yapılmış olup, örnek mahal olan sıcak şekillendirme prosesi kullanılarak sac şekillendirme yapan hatta çalışan işçilerin ısıl konfor için çalışma koşulları gözlenmiştir. Isıl konforu sağlamak adına soğuk yelek üretilmiş ve ısı transferi dikkate alınarak iyileştirici faaliyetler belirlenmiştir. Anahtar kelimeler: Isıl konfor, sıcak şekillendirme, ısıl konfor şartları 2019, x + 46 sayfa. i ABSTRACT MSc Thesis THERMAL COMFORT IN HOT STAMPING LINE Tuğçe TURAN ABİ Bursa Uludağ University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Mechanical Engineering Supervisor: Doç. Dr. Nurettin YAMANKARADENİZ People spend most of their activities during the day in closed areas. Therefore, it is extremely critical to design a good ventilation and air-conditioning system in closed spaces for people. Good ventilation is an important criterion for both human health and working efficiencies. The human body must produce and consume energy in order to establish energy balance. It is essential that the body conducts heat transfer between the environment and the environment in order to ensure thermal balance. Temperature exposure is one of the most frequently encountered problems in the working environment, which significantly affects the physiological and psychological balance of the body and the working efficiency. Thermal comfort means compliance with the temperature of the person's environment and eliminating dissatisfaction. It was observed that the efficiency of the employees who had to work in the environments where the thermal comfort conditions could not be fully decreased, the safety status of the workers had weakened and the frequency of exposure to work accidents increased. Therefore, if the thermal treatment is compulsory and the temperature exposure cannot be eliminated at the source, the improvement of the thermal comfort conditions of the employees will firstly contribute to the health of the employees and then to the production efficiency. In this study, the parameters determining thermal comfort were investigated and the working conditions of the workers who worked on the sheet metal forming even by the hot forming process were observed. In order to provide thermal comfort, cold vests were produced and healing activities were determined considering heat transfer. Key words: Thermal comfort, hot forming, thermal comfort conditions 2019, vii + 46 pages. ii İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET.................................................................................................................................. i ABSTRACT ..................................................................................................................... ii TEŞEKKÜR .................................................................................................................... iii SİMGELER ve KISALTMALAR DİZİNİ ...................................................................... v ŞEKİLLER DİZİNİ ......................................................................................................... vi ÇİZELGELER DİZİNİ .................................................................................................. vii 1. GİRİŞ ........................................................................................................................... 1 2. KURAMSAL TEMELLER VE KAYNAK ARAŞTIRMASI ..................................... 4 2.1. Kaynak Araştırması ................................................................................................... 5 2.2. Kuramsal Temeller .................................................................................................... 7 2.2.1. Isıl Konfor .............................................................................................................. 7 2.2.2. Isıl Konfor Modelleri ........................................................................................... 13 2.2.3. Şekillendirme Hatlarının Sıcaklık Maruziyeti Açısından Değerlendirilmesi ...... 15 2.2.4 İşletmenin Sıcak Şekillendirme Hatları Hakkında Bilgilendirme ......................... 16 3. MATERYAL VE YÖNTEM ..................................................................................... 19 3.1. Çalışma Hakkında Kısa Bilgilendirme ................................................................... 19 3.2. Tesiste Kullanılan Ölçümlerin Değerlendirilmesinde Kullanılan Yönetmelikler ve Standartlar ...................................................................................................................... 21 3.3 İşçi Sağlığı Açısından Yönetmeliğin İrdelenmesi .................................................... 28 3.4 Kullanılan Ölçüm Standardı Ve Cihazlar ................................................................ 28 3.5 Soğuk Yelek Uygulaması ......................................................................................... 31 4. BULGULAR .............................................................................................................. 35 4.1. Termal Ölçüm Sonuçları ......................................................................................... 35 4.2. Soğuk Yelek Uygulaması Sonuçları ....................................................................... 38 5. SONUÇ ...................................................................................................................... 42 KAYNAKLAR .............................................................................................................. 44 ÖZGEÇMİŞ ................................................................................................................... 46 iv SİMGELER ve KISALTMALAR DİZİNİ Simgeler Açıklama Α Boyutsuz olarak vücut kütlesinin deri bölgesinde bulunan oranı Ad DuBois yüzey alanı (𝑚 2) 𝐶 + R Deriden duyulur ısı kaybı, W/𝑚2 Cres Solunum ile olan taşınım ısı kaybı, W/𝑚 2 cp,b Vücudun özgül ısısı (3490 J/kg.K) Eres Solunum ile olan buharaşma ısı kaybı, W/𝑚 2 Esk Deriden toplam buharlaşma ısı kaybı, W/𝑚 2 𝑓𝑐𝑙 Kıyafet yalıtım alan faktörü ℎ𝑐 Konvektif ısı transfer katsayısı, W/(𝑚 2* K) 𝐼𝑐𝑙 Kıyafet Yalıtımı, 𝑚 2 *K/W l Boy (m) m Kütle (kg) 𝑀 Metabolik ısıl enerji üretimi, W/m2 𝑝𝑎 Kısmi buhar basıncı (Pa) S 2cr Birim zamanda iç bölmede depolanan ısıl enerji, W/𝑚 Ssk Birim zamanda deride depolanan ısıl enerji, W/𝑚 2 𝑡𝑎 Kuru hazne (hava) sıcaklığı (°C) 𝑡𝑐𝑙 Kıyafet yüzey sıcaklığı (°C) 𝑡𝑔 Küre sıcaklığı (°C) 𝑡𝑛𝑤 Islak küre sıcaklığı (°C) 𝑡𝑟 Ortalama radyal sıcaklık (°C) Qcr,sk İç bölmeden deriye vücut dokularından olan iletim ve kan akışı ile olan taşınımla ısı geçişinin toplamı, W/𝑚2 W Yapılan mekanik iş, W/𝑚2 𝑣𝑎𝑟 Hava akım hızı, m/sn Θ Zaman, s Kısaltmalar Açıklama ASHRAE The American Society of Heating CFD Computational Fluid Dynamic(Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği) ET Etkin sıcaklık Icl Yalıtım katsayısı (clo) ISO International Standards Organization (Uluslararası Standartlar Örgütü) PPD Predicted percentage of dissatisfied (beklenen ortalama memnuniyetsizlik) PMV Percentage mean vote (beklenen ortalama karar) WBGT Wet bulb globel temperature (ıslak hazne küre sıcaklığı) (°C) WBGTS Wet bulb globel temperature sun (güneş altında ıslak hazne küre sıcaklığı) v ŞEKİLLER DİZİNİ Sayfa Şekil 2.1. Sıcak şekillendirme hattı ................................................................................ 17 Şekil 2.2. Sıcak şekillendirme proses süreci .................................................................. 17 Şekil 2.3. Sıcak şekillendirilmiş parça örneği ................................................................ 18 Şekil 3.1. Ölçüm Noktaları Lay-Out .............................................................................. 20 Şekil 3.2. Sıcak Şekillendirme Hatları ............................................................................ 20 Şekil 3.3. PMV ve PPD değeri arasındaki ilişki ............................................................ 24 Şekil 3.4 TESTO 480 Çok amaçlı ölçüm cihazı ............................................................ 29 Şekil 3.5 Küre sıcaklığı ölçüm probu ............................................................................. 29 Şekil 3.6 Nem ve sıcaklık ölçüm probu ......................................................................... 30 Şekil 3.7 Türbülans seviyesi probu (Seri No: 02998652) .............................................. 30 Şekil 3.8. Yaş hazne sıcaklığı ölçüm probu ................................................................... 30 Şekil 3.9. Çalışan kıyafeti .............................................................................................. 31 Şekil 3.10. Soğuk yelek .................................................................................................. 32 Şekil 3.11. 3.Hat sonu .................................................................................................... 32 Şekil 3.12. Soğuk yelek uygulaması .............................................................................. 33 Şekil 3.13. Vücut Sıcaklığı Ölçümü ............................................................................... 34 Şekil 3.14. Vücut Sıcaklığı Ölçümünde Kullanılan Termometre .................................. 34 Şekil 4.1. Soğuk Yelekle ve Yeleksiz Çalışanların Alın Sıcaklığı Dağılımı ................. 39 Şekil 4.2. 1 Numaralı Çalışan Vücut Bölümleri Sıcaklıkları .......................................... 40 Şekil 4.3. 2 Numaralı Çalışan Vücut Bölümleri Sıcaklıkları .......................................... 40 Şekil 4.4. 3 Numaralı Çalışan Vücut Bölümleri Sıcaklıkları .......................................... 41 Şekil 4.5. 4 Numaralı Çalışan Vücut Bölümleri Sıcaklıkları .......................................... 41 vi ÇİZELGELER DİZİNİ Sayfa Çizelge 2.1. Yüksek sıcaklıkların insana etkileri .............................................................. 9 Çizelge 2.2. Düşük sıcaklığın insan vücuduna etkisi ....................................................... 9 Çizelge 2.3. Hissedilen sıcaklığa nemin etkisi ................................................................ 10 Çizelge 2.4. Farklı hava akımlarının etkisi .................................................................... 12 Çizelge 2.5. Aktivitelere göre metabolizma oranları ..................................................... 12 Çizelge 2.6. Giysilerin yalıtım katsayıları ...................................................................... 13 Çizelge 3.1. Ölçüm yapılan bölümler ........................................................................... 19 Çizelge 3.2. PMV değerleri ........................................................................................... 22 Çizelge 3.3. Isının çalışanlara etkisinin TS EN 27243 WBGT indeksine göre tahmini 26 Çizelge 3.4. TS EN 27243 Metabolik oran seviyelerinin tasnifi .................................. 27 Çizelge 4.1. Deneysel termal ölçüm sonuçları- PMV- PPD .......................................... 36 Çizelge 4.2. Deneysel termal ölçüm sonuçları- WBGT ................................................. 36 Çizelge 4.3. Yelek ile ölçüm zamanlarında teorik PMV-WBGT hesaplama sonuçları .. 37 Çizelge 4.4. Soğuk yelekli ve yelek vücut bölümleri sıcaklık değişimi ......................... 38 vii 1. GİRİŞ Doğadaki tüm canlılar birbirleriyle ısı alışverişi içerisindedir. Isıl konfor, ortamdan memnuniyeti belirleyen kişisel bir unsurdur ve duyular ile ilgili bir kavramdır (Butera 1998). Ergonomi de ise “iş ortamındaki etkenler ile birlikte insanların vücut özelliklerini, vücut performansı ve gücünü esas alarak, insan, makine ve çevre arasındaki temel yasaları düzenleyen kuramsal temel” olarak tanımlanmaktadır. İnsanlar, vücut sıcaklığında artışa neden olan iklim değişikliklerine dayanıksızdırlar. Bilhassa çevreye ısı veren fırınlarda ya da çok soğuk şartlarda çalışmanın, iş verimliliğini önemli ölçüde etkilediği görülmüştür. Çalışma ortamı koşullarını, ortam sıcaklığı, nem ve hava hareketleri etkilemektedir (Erkan 1997). İş ortamında aşırı ısı, iş verimini düşürmekte, çalışanlarda baş ağrısı, bıkkınlık, sinirlilik ve hatalı işlere sebebiyet vermekte, bunların yanında yüksek ısı çalışanlarda beceri kaybına ve kazalarının artmasına neden olur. (Baltaoğlu 1988). Çevresel koşullarının iş verimi ve çalışma performansı üzerindeki etkilerinin belirlenmesine yönelik literatürde birçok çalışma yapılmıştır. Uluslararası İç Ortam ve Enerji Merkezi'nde yapılan araştırma sonuçlarına göre iç ortam hava kalitesinin işyeri çalışanlarının üretkenliği üzerinde önemli bir etkisi olmaktadır. Örneğin; literatürde sıcak, soğuk, ve nötr şeklinde belirtilen üç farklı ortam koşulundaki taşıt sürüş performansına ilişkin deneysel çalışmada sıcak ortamdaki deneklerin ısıl konfor değerlendirmesinde cevabının genel olarak "sıcak" olduğu ve sürüş performansının %13 azaldığı, soğuk ortamdaki deneklerin cevaplarının ise "soğuk" ile "çok soğuk" arasında olup sürüş performansının %16 azaldığı sonuçlarına varılmıştır (Daanen ve ark. 2003). Isıl konfor için; kişisel etkenler, yaş, ortama uyumluluk, cinsiyet, hava hızı, ışınım gibi unsurlar dışında konforu etkileyen başlıca faktörler, kişisel ve çevresel unsurlar olarak sınıflandırılır. (McQuiston ve Parker 1994). Kişisel unsurlar;  Kişinin aktivite seviyesi  Kıyafet 1  Çevresel unsurlar ise;  Sıcaklık  Bağıl nem  Hava hızı  Ortalama ışınım sıcaklığı olarak belirtilebilir. Ekici (2013) tarafından bildirildiği üzere; yıllarca daha konforlu yaşam alanları adına çabalamış, havalandırma ve iklimlendirme sistemleri geliştirmiştir. Konforun ölçülmesiyle ilgili olarak P.O. Fanger isimli Danimarkalı bilim insanı 70’lerde bir modelleme yapmıştır. Bu modelleme, Fanger tarafından termal konfora etkisi olan kişisel ve ortama bağlı etkenlerin bileşenlerinin sayısal olarak ifade edilmesini sağlamıştır şeklinde bildirilmiştir. Mahaldeki insanların, konfor hissi ile ilgili bir parametre olan PMV değeri Fanger’in geliştirdiği sistem sonucunda sayısal bir veri olarak belirlenebilmiştir. Ayrıca PMV değeri ile ortamdaki memnuniyet oranını da ortaya çıkaran bir sayısal veri olan PPD değeri de hesaplanabilmektedir (Ekici 2013). Fanger’in PMV metodu uluslararası olarak kabul gören, ısıl konforun belirlenmesinde önemli bir metottur. Isıl konfor standardı, Avrupa’da ISO 7730, Kuzey Amerika’da ASHRAE Standard 55 yaygın olarak kabul görmektedir (Hoof 2007). İnsan vücudu, besin ve oksijen ile termodinamik bir sistem olarak çalışır. Bu sistemde, vücut sıcaklığı 37 ile 37,5 ℃, deri yüzey sıcaklığı da 31,5 ile 33,5 ℃ arasında olmalıdır. Deri sıcaklığındaki 1-3 ℃ arasında sıcaklık değişiminin insanı rahatsız etmediği görülmüştür (Avcı ve Yiğit 1992). Ofis ısısının belirlenmesi adına yapılan bir çalışmada, ısıl konfor için ortamın en az 26℃ olması belirlenmiştir (Yang ve Zhang 2007). Başka bir çalışmada, düşük enerjili klimanın çalıştığı bir mahalde, termal konfor sağlanabilmesi adına havanın ortalama 23,5 ℃ ve % 56 nem oranında olması gerektiği saptanmıştır. (Khan ve ark. 2007). Giydiğimiz kıyafetler de, çalışma ortamında bizim ısıl konforumuzu etkileyen parametrelerden biridir. 1 clo, giysinin dinlenen insanı 21℃, 0,1 m/sn hava hızı ve % 50 bağıl nemde konfor sağlayan yalıtımı olarak tanımlamaktadır. Havadaki her 6 ℃’lik değişim, yalıtımda 1 clo’luk değişime karşılık gelmektedir. (Huang 2006). Günlük hayatta insanların dikkat etmediği fakat ısıl konfor üzerine etki eden faktörlerden diğeri de kişinin hareket durumudur. 45-59 yaşlarında hafif kilolu bir insanın dinlenirken 2 konforlu hissettiği bir mahalde nötral bölge 35 kcal/h.m2’dir (Ivanov 2006). Bazı kaslar kasıldığı için oturur vaziyette bu metabolik hız % 43 artar. Ayağa kalkınca ise %71 artar. Odada dolaşma halinde %285 artar. Yapılan çalışmalara göre uzanır durumdan oturur duruma geçildiğinde vücut ısısı 1 saat içinde 0,51℃ artar (Mergen ve Öngel 2009). Havadaki nem miktarı, insanın teninden buharlaşmayla su ile enerji kaybıdır. Ortamdaki nem arttıkça memnuniyetsizlik oluşur. İnsanlar için uygun olan nem oranı 20 ℃ ‘de %30- %80’dir. Düşük oranlarda nem solunum problemlerine neden olur (Yüksel 2005). 2004 yılı dünya standartlarına göre ofis ısıları, yazın %30’luk bağıl nemde 24,5-28℃, %60 bağıl nemde 23-25,5℃, kışın ise %30 bağıl nemde 20,5-25,5℃, %60 bağıl nemde 20- 24℃ arasında olmalıdır (Anonim 2004). Hava hareketleri, insanın ortamla arasındaki ısı alışverişlerini belirleyen unsurlardan biridir. Hava hareketinin şiddetlenmesi, hareketsiz hava tabakasının azalışına sebebiyet verir. Bu durum üşüme hissiyatına neden olur. Isıl konfor adına hava hızının ortalama 0,05 m/s olması önerilmektedir (Yüksel 2005). Hava hızı arttığında mahal, rüzgarlı ve konforsuz olur. Hava hızının düşük olduğu mahal için hava hareketi azalığından ortamdaki canlılar adına havasızlık ortaya çıkar. (Yiğit ve Horuz 1995). Isıl konfor ile ilişkili olarak; vücuttaki fizyolojik mekanizmaları ve gizli ısı geçiş mekanizmalarını açıklamak adına iki temel modelden yararlanılır. Bunlardan ilki, Sürekli Rejim Enerji Dengesi Modeli’dir. Bu modele göre üretilen enerji kaybedilen enerjiye eşittir ve bu nedenle vücut sıcaklığının stabil kaldığını varsayar. Diğer model ise, Anlık Enerji Dengesi Modeli’dir. Bu modelde insan vücudu 2 parçada incelenir; iç bölme ve deri tabakası. Bu sistem temelinde, bölmeler arasında kan ve ısı geçişi olduğunu ve bölme sıcaklıklarının birim zamandaki enerjiden etkilediği kabul edilir (Anonim 1989). Çalışma alanlarının iklimlendirilmesindeki temel amaç alanda bulunan kişilerin konforlu şartlarda, üretkenlik seviyelerini koruyarak daha da arttırmaktır. Bu sebeple bu çalışmada termal konfor parametreleri irdelenerek, otomotiv sektöründe, sıcak şekillendirme prosesi kullanılarak metal sac şekillendiren pres hattında çalışan insanların, çalıştıkları ortamlarda ölçümler yapılmıştır. Bu ölçüm sonuçlarından yola çıkarak konforsuzluğun ve atölye çalışmalarının en yoğun olduğu alanın çalışanlarında ısıl konforun sağlanması için soğuk yelek uygulaması yapılmıştır. 3 2. KURAMSAL TEMELLER VE KAYNAK ARAŞTIRMASI 2.1 Kaynak Araştırması Isıl konfor üzerine yapılan literatür çalışmalarında ısıl konfor parametrelerinin insan üzerindeki etkileri, ortam şartlarının iyileştirilmesi, gerekli ortam şartları ve vücut sıcaklıkları konularına yoğunlaşılmıştır. Slater (1985) konforun kişiye göre değişen bir özellik olduğundan nicel tanımlama gerektirmeyeceğini belirtmiştir. Slater, konforu insanla çevresi arasındaki fiziksel, fizyolojik ve psikolojik memnuniyetin bir karışımı olarak tanımlamaktadır. Atmaca (2007) çalışmasında insan vücudu ile çevresi arasındaki ısıl etkileşimi simülasyon ile incelemiştir. Böylece ten sıcaklığı, ten ıslaklığı ile zamana bağlı deride meydan gelen duyulur ve gizli ısı transferi miktarları belirlenebilmektedir. Simülasyonda 2 bölmeli Gagge modeli kullanılmış, fakat model tüm vücuttan olarak değil 16 bağımsız vücut parçası üzerine uygulanmıştır. Simülasyon sonuçları deneysel veriler ve literatürdeki çalışma sonuçları ile karşılaştırılarak simülasyon sonuçlarının güvenilir olduğu doğrulanmıştır. Geliştirilen ile simülasyon, insanın ısıl çevreye verdiği tepki gözlemlenebilmektedir. Çınar (2016) çalışmasında düzcam ve çukur cam imalatı alanında faaliyet gösteren 4 işletmede ısıl işlem yapılan üretim süreçlerindeki termal konfor koşulları objektif ve subjektif olarak değerlendirmiştir. Çalışma sonunda, sıcaklık maruziyetinin yüksek olduğu bölümler ile maruziyetlerin muhtemel sebepleri tespit edilmiş ve bu hususta çözüm önerileri sunulmuştur. Mogbel (2004), belirlediği oda koşulları ve aktivitelerde insan termal konforunu belirleyen parametreler üzerine CFD modeller üzerinden çalışmıştır. İnsanın ısıl konforunda besleme havası sıcaklığının, en önemli etkiye sahip olduğunu vurgulamıştır. Besleme hava sıcaklığını, metabolik ısı üretim oranı ve besleme havası hızının takip 4 ettiğini, besleme havası bağıl neminin ve türbülans yoğunluğu etkisinin nispeten önemsiz olduğunu belirtmiştir. Kaynaklı ve Yamankaradeniz (2003) bölümlere ayrılmış vücutta meydana gelen çeşitli kayıpları belirleyerek, bu kayıpların termal konfora olan etkisini gözlemlemiştir. 16 bölüme ayrılan insan vücudunun her bölümünden olan ısı ve kütle transferinin simülasyonu yapılmıştır. Fountain ve arkadaşları (1999), 20 ve 26 °C arasında değişen sıcaklık ve %60 ile %90 arası izafi nem aralığında çalışmalar yapmışlardır. 1,6 met (1 met = 58,2W/m2 ) ve daha fazlası değerlerinde metabolizma aktivitelerinde, herhangi nem değerine bakılmaksızın PPD değerinin en az %25 olduğu belirlenmiştir. Toftum ve arkadaşları (1999) çalışmalarında konfor hissini, sıcaklığına, neme ve deri ıslaklığına göre incelemişlerdir. 26 °C ‘de bağıl nemin maksimum %36, 23°C’de maksimum %57 olması tavsiye edilmiştir. Tutarsız nem değerlerinin insanların yaşadıkları mahallerde sağlıklarına ve binaya oluşturacağı olumsuz etkilerinden bahsedilmektedir. Tuncer (2006) çalışmasında üniversitede belirlenen sınıfta, ısıl konfor açısından gerekli şartların sağlanıp sağlanmadığı Fanger yöntemi kullanılarak incelemiştir. Fanger yönteminde vücudun çevre ile arasındaki ısı transferi formüllerinden faydalanmıştır. Parameswarappa (2017), Hindistan’da yüksek sıcaklıkta çelik üretimi yapan bir fabrikada, ısıl konfor şartlarını araştırarak işçilerin ısıl konforunu sağlamak adına “Soğuk Mont” adı verdiği giysi ile işçilerin vücut sıcaklığını düşürmeye yönelik çalışmıştır. Yang ve ark. (2007), Kore deniz devriye gemilerinin her kabininde en uygun sıcaklığın değerlendirmesini yapmıştır. Bu çalışmada iki yöntem uygulanmıştır, PMV / PPD ve insan faktörüdür. Ergonomik faktörler, insan faaliyetleri ve kıyafetlerdir. Bu çalışma, 250, 1000 ve 1500 tonluk gemilerden oluşan kabinler içerisinde uygulanmıştır. Her kabin için en uygun hava sıcaklığını bulmak üzere PMV ve PPD hesaplanmıştır. Bu 5 hesaplamada, ortam faktörlerinin ortalama radyan sıcaklığının kuru ampul hava sıcaklığına eşit olduğu ve bağıl hava hızının 0,0 m / s olduğu varsayılmıştır. Farklı faaliyetlerde, çeşitli gemilerde farklı ekip üyeleri bulunduğundan, her kabinde çeşitli optimum sıcaklıklar elde edilmiştir. İnsan faktörlerine göre, optimum sıcaklık 23 ° C ve 29 ° C belirlenmiştir. Sonuçlara göre, Dümen odasında ve konaklama odasında, PMV / PPD durumunda klima ile 6 ° C enerji tasarrufu sağlanabileceği saptanmıştır. İsmail ve arkadaşları (2013), Malezya otomotiv endüstrisinde termal konfor değerlendirmesine yönelik bulgular üzerinde çalışmışlardır. Pano montajı, gövde montajı, koltuk montajı, kapı montaj, motor alt montajı ve boya atölyesinde çalışan insanlar denek olarak kabul edilmiştir. Islak ampul küre sıcaklığı, hava hızı, bağıl nem gibi çevresel faktörler, BABUC A cihazı kullanılarak ölçülmüştür. Sonuçlar ISO Standardı 7730 ve termal duyu ölçeği kullanılarak değerlendirilmiştir. Sonuçlara göre motor alt montaj istasyonu ve montaj boya atölyesi % 81 ile % 99 arasındaki memnuniyetsizlik oranı ile en kötü termal ortam olarak kabul edilmiştir. Kamar ve arkadaşları (2018), Malezya’da bir cami binasının ısıl konforunun iyileştirilmesine yönelik çalışmışlardır. Alanda caminin içindeki hava akımı hızını, hava sıcaklığını, bağıl nemi ve ortalama radyant sıcaklığı bir yıl süreyle elde etmek için ölçümler gerçekleştirilmiştir. Hava akımını tahmin etmek için CFD yöntemi kullanılmıştır. Atık hava fanlarının takılmasının cami içindeki ısıl konfor durumu üzerindeki etkilerini incelenmiştir. PMV ve PPD termal sistemlerinde en yüksek gelişmeyi sağlayacak olan atık hava fanlarının düzenini bulmak için parametrik akış analizleri yapılmıştır. Parametrik akış analizlerinin sonuçları, güney tarafındaki duvara 1 m çapında ve zeminden 6 m yükseklikte 10 adet atık hava fanının monte edilmesinin konforsuzluğu azaltma potansiyeline sahip olduğunu göstermektedir. Abdeen ve arkadaşları (2019), çalışmasında Mısır'da termal konforu artırmak için güneş bacası optimizasyonu yapmışlardır. Çalışmada doğal konveksiyonla indüklenen iç mekân hava hızını maksimuma çıkarmak için güneş baca tasarımını optimize etmek için ısıl konfor vurgusuna değinmişlerdir. CFD modelini doğrulamak için, tek bir odaya bağlanmış eğimli bir güneş bacalarını içeren deneyler yapılmıştır. En uygun güneş 6 bacalarını elde etmek için deneyler ve tepki yüzey yöntemi (RSM) kullanılmıştır. Optimizasyon sonuçları iç mekân hava hareketinin geliştirilmesi için en uygun tasarımın, 1.85 m yüksekliğinde, 2.65 m genişliğinde, 75 ° eğim açısında bir güneş bacası kullanılarak elde edildiğini ortaya koymuştur. Duyarlılık analizleri güneş bacasının genişliğinin en etkili parametre olduğunu göstermektedir. Zhou ve arkadaşları (2019), sürüş koşulları altında bir binek otomobilinde termal konforun deneysel olarak incelenmesi üzerine çalışmışlardır. Kapalı otopark, açık otopark ve dış mekân sürüşü altındaki bir binek otomobilinde termal konforu deneysel olarak araştırmışlardır. Kapalı otopark, açık otopark ve dış mekan sürüş koşullarında korelasyon katsayısı 0.89, 0.68 ve 0,93 olduğunda deneklerin çevreye karşı termal olarak daha duyarlı oldukları tespit edilmiştir. Literatürde karşımıza çıkan ısıl konfor konulu çalışmalar, genel olarak insanların en çok vakit geçirdiği mahaller için ısıl konfor şartlarının araştırılması ve konforun sağlanması için gerekli olan çalışmaları analiz etmek ile ilişkilidir. Bu analizlerde CFD modellerinin oluşturulmasının yanı sıra mahallerde çeşitli cihazlarla ortamda ölçümler yapılmıştır. Bazı çalışmalarda ise insan vücudunun çeşitli bölümlerinden ölçümler yapılarak ısıl konfor modelleri yorumlanmıştır. 2.2 Kuramsal Temeller 2.2.1 Isıl Konfor Isıl konfor, kişinin bulunduğu mahaldeki sıcaklık ile uyumlu olması ve memnuniyetsizlik hissetmemesi anlamına gelmektedir. Kişisel bir olgu olarak memnuniyet ya da memnuniyetsizliğin bir ölçüsüdür. İnsanların faaliyetlerine devam ettikleri ortamda sıcaklık, nem ve hava akım hızı gibi parametrelere bağlı olarak rahat olup olmadıklarını ifade eder (İmancı, 2014). Isıl konfor şartları bulunulan mahalde yetersiz ise rahatsızlık hissi başlar ve özellikle iş ortamında rahatsızlık hali, çalışanlarda performans azalmasına ve verimliliğin düşmesine 7 sebebiyet verir. Termal şartları istenilen seviyede tutabilmek için metabolik ısının fazlası, terleme, ışınım ve deri yüzeyindeki ısının taşınması yoluyla dengelenmektedir. Bir ortamın termal konfor şartlarının ifade edilmesinde 6 temel faktör kullanılır. Hava sıcaklığı, hissedilen sıcaklık, nem, hava akım hızı ve radyant ısı çevresel faktörler iken; metabolik hız ve giysi kişisel faktörler olarak gruplanmıştır. Hava sıcaklığı, vücudumuzdaki tüm metabolik aktiviteler, vücut sıcaklığı ve mahal sıcaklığına bağlıdır. Hayati faaliyetlerin olması gerektiği şekilde devam etmesi için vücut sıcaklığının optimum değerlerde sabit olarak tutulması gerekmektedir. İnsan vücudu ile bulunduğu ortam arasında ısı transferi süreklidir. Vücut sıcaklığı, çevre sıcaklığından fazla olursa vücut ısı kaybederken, vücut sıcaklığı çevre sıcaklığından düşük olursa ısı kazanır. Bu şekilde tüm metabolik faaliyetler de değişkenlik gösterir ve denge sağlanamaz ise memnuniyetsiz durumu ortaya çıkar. Çizelge 2.1 ve Çizelge 2.2’ de görüldüğü üzere artan ya da azalan hava sıcaklığı insan vücudu üzerinde çeşitli etkilere sebep olmaktadır. Hissedilen sıcaklık, ortamda insanın kişisel olarak algıladığı sıcaklıktır. Bu sıcaklık, çevre ve giysi ısı direnci gibi parametrelere bağlı olduğu gibi nem, rüzgâr ve radyasyon gibi çevresel parametrelere de bağlı olduğundan öznel bir olgudur. Bu nedenle sıcaklığı algısı kişiden kişiye göre değişir. Nem, termal konforun belirlenmesinde en az sıcaklık kadar nemin de katkısı çok önemlidir. Örneğin; hava sıcaklığı 40 °C olan bir mahalde, bağıl nem %50 olduğunda hissedilen sıcaklık 55 °C olur (bkz. Çizelge 2.3). Havadaki nem, iki şekilde ifade edilir; Mutlak nem; havadaki moleküllerde bulunan su miktarını ifade ederken; bağıl nem ise mutlak nemin aynı sıcaklıkta havanın taşıyabileceği maksimum su miktarına oranı olarak tanımlanmaktadır. Nemin hesaplanmasında sıcaklık ve hava akım hızı gibi parametreler de düşünülmelidir. İş ortamında nem azalması, üşüme hissine neden olurken, yükselmesi ise rahatsızlığa neden olur ve verim kaybına neden olabilir. 8 Çizelge 2.1. Yüksek sıcaklıkların insana etkileri (Anonim 2004) (-1) - 26 Soğuk- Serin Fiziksel aktiviteye ve etki zamanına bağlı olarak oluşan ısıl 27 - 32 Sıcak stresten dolayı halsizlik, agresiflik, vücut sisteminde birçok rahatsızlık meydana gelebilir. Fiziksel aktiviteye ve etki zamanına bağlı olarak kuvvetli 33-41 Çok Sıcak ısıl stres ile birlikte ısı çarpması ve ısı yorgunlukları oluşabilir. Tehlikeli Güneş çarpması, ısı krampları veya ısı bitkinliği meydana 42-54 Sıcak gelebilir. Tehlikeli Isı veya güneş çarpması tehlikesi oluşur. Termal şok an >55 Sıcak meselesidir. Çizelge 2.2. Düşük sıcaklılarda insan vücudu (Anonim 2004) (-1) - 26 Soğuk 27 - 32 Çok Soğuk Kuru ciltte 5 saatten daha az sürede çatlama Açıkta kalan vücut yüzeylerinde 1 dakika içinde donma 33-41 Aşırı Soğuk riski Tehlikeli Açıkta kalan vücut yüzeylerinde 30 saniye içinde donma 42-54 Soğuk riski Tehlikeli Açıkta kalan vücut yüzeylerinde 30 saniyeden daha kısa >55 Soğuk sürede donma riski 9 Çizelge 2.3. Hissedilen sıcaklığa nemin etkisi (Anonim 1989) BAĞIL NEM (%) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 50 45 48 53 58 66 69 76 83 91 99 49 44 47 51 55 61 66 72 79 86 94 48 43 46 49 53 58 63 68 75 81 88 96 47 42 45 48 51 55 60 65 70 76 83 90 98 46 41 43 46 49 53 57 62 67 72 78 85 91 99 45 41 43 45 48 52 56 62 65 70 76 82 88 96 44 40 42 44 46 49 52 57 61 66 71 77 83 89 96 43 39 40 42 44 47 50 54 58 62 67 72 77 83 90 97 42 38 39 41 43 45 48 51 54 58 62 67 72 78 83 90 96 41 37 38 39 41 43 45 48 51 55 59 63 67 72 78 83 89 96 40 36 37 38 39 41 43 45 48 51 55 59 63 67 72 77 83 88 95 39 35 36 37 38 39 41 43 46 48 51 55 58 62 67 71 76 81 87 93 38 35 35 36 37 38 40 42 44 47 50 53 56 60 64 68 73 78 83 89 37 34 34 35 36 37 38 40 42 44 46 49 52 56 59 63 67 72 76 81 36 33 33 34 34 35 36 38 39 41 43 46 48 51 55 58 62 66 70 74 35 32 32 33 33 34 35 36 37 39 41 43 45 48 50 53 57 60 64 68 34 31 31 32 32 32 33 34 35 37 38 40 42 44 46 49 52 55 58 61 33 31 31 31 31 32 32 33 34 36 37 39 40 42 45 47 49 52 55 58 32 30 30 30 30 31 31 32 33 34 35 36 38 39 41 43 45 47 50 53 31 29 29 29 29 29 30 30 31 32 33 34 35 36 38 40 41 43 45 47 30 28 28 28 28 28 29 29 30 30 31 32 33 34 35 36 38 39 41 42 29 27 27 27 27 28 28 28 28 29 30 30 31 32 32 33 34 36 37 38 28 26 26 26 27 27 27 27 27 28 28 29 29 30 30 31 32 32 33 34 27 26 26 26 26 26 27 27 27 27 28 28 28 29 29 30 30 31 31 32 26 25 25 25 26 26 26 26 26 26 27 27 27 27 27 28 28 28 28 29 25 25 25 25 25 25 26 26 26 26 26 26 26 27 27 27 27 27 27 27 10 HAVA SICAKLIĞI Hava akım hızı, iş ortamı ve dışındaki ortamlarda kirli havanın temiz havaya dönüşümü için havalandırmaya ihtiyaç duyulur. Ortam sıcaklığının ve neminin optimum seviyelerde tutulması için de doğal ve mekanik iklimlendirme yöntemlerinin kullanımına gerek duyulabilir. Hava akım hızının sıcaklık ve nem gibi ısıl konfora etkisi oldukça fazladır. Örneğin hava sıcaklığı -4°C olan bir ortamda hava akım hızı 35 km/sa ise hissedilen sıcaklık -12 °C olur (Çizelge 2.4). Ayrı sıcaklık ve nem değerlerine sahip olan iki farklı mahalde aynı termal konfor algısının oluşturulabilmesi için hava akım hızlarının ayarlanması gerekir. Çizelge 2.4. Farklı hava akımlarının etkisi (Anonim 1989) HAVA SICAKLIĞI (°C) 0 -1 -2 -3 -4 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 -45 -50 -55 -60 6 -2 -3 -4 -5 -7 -8 -14 -19 -25 -31 -37 -42 -48 54 -60 -65 -71 8 -3 -4 -5 -6 -7 -9 -14 -20 -26 -32 -38 -44 -50 -56 -61 -67 -73 10 -3 -5 -6 -7 -8 -9 -15 -21 -27 -33 -39 -45 -51 -57 -63 -69 -75 15 -4 -6 -7 -8 -9 -11 -17 -23 -29 -35 -41 -48 -54 -60 -66 -72 -78 20 -5 -7 -8 -9 -10 -12 -18 -24 -30 -37 -43 -49 -56 -62 -68 -75 -81 25 -6 -7 -8 -10 -11 -12 -19 -25 -32 -38 -44 -51 -57 -64 -70 -77 -83 30 -6 -8 -9 -10 -12 -13 -20 -26 -33 -39 -46 -52 -59 -65 -72 -78 -85 35 -7 -8 -10 -11 -12 -14 -20 -27 -33 -40 -47 -53 -60 -66 -73 -80 -86 40 -7 -9 -10 -11 -13 -14 -21 -27 -34 -40 -48 -54 -61 -68 -74 -81 -88 45 -8 -9 -10 -12 -13 -15 -21 -28 -35 -42 -48 -55 -62 -69 -75 -82 -89 50 -8 -10 -11 -12 -14 -15 -22 -29 -35 -42 -49 -56 -63 -69 -76 -83 -90 55 -8 -10 -11 -13 -14 -15 -22 -29 -36 -43 -50 -57 -63 -70 -77 -84 -91 60 -9 -10 -12 -13 -14 -16 -23 -30 -36 -43 -50 -57 -64 -71 -78 -85 -92 65 -9 -10 -12 -13 -15 -16 -23 -30 -37 -44 -51 -58 -65 -72 -79 -86 -93 70 -9 -11 -12 -14 -15 -16 -23 -30 -37 -44 -51 -58 -65 -72 -80 -87 -94 75 -10 -11 -12 -14 -15 -17 -24 -31 -38 -45 -52 -59 -66 -73 -80 -87 -94 80 -10 -13 -13 -14 -15 -17 -24 -31 -38 -45 -52 -60 -67 -74 -81 -88 -95 85 -10 -13 -13 -14 -16 -17 -24 -31 -39 -46 -53 -60 -67 -74 -81 -89 -96 90 -10 -13 -13 -15 -16 -17 -25 -32 -39 -46 -53 -61 -68 -75 -82 -89 -96 95 -10 -13 -13 -15 -16 -18 -25 -32 -39 -47 -54 -61 -68 -75 -83 -90 -97 100 -11 -14 -14 -15 -16 -18 -25 -32 -40 -47 -54 -61 -69 -76 -83 -90 -98 105 -11 -14 -14 -15 -17 -18 -25 -33 -40 -47 -55 -62 -69 -76 -84 -91 -98 110 -11 -14 -14 -15 -17 -18 -26 -33 -40 -48 -55 -62 -70 -77 -84 -91 -99 11 RÜZGAR HIZI (km/sa) Radyant ısı, termal radyasyon, iletim için ortama gerek olmayan, herhangi bir yüzeyle temas halinde olmadan sıcaklığı değişmeyen elektromanyetik enerjidir. Bu nedenle, radyasyon için havalandırma yapılması faydasızdır. İnsan vücudundaki besinlerin yanması ile ortaya çıkan ısı, metabolizma hızı olarak tanımlanır. İnsanın gerçekleştirdiği aktiviteler, metabolik hızın artmasına ya da azalmasına sebep olur. Metabolik hız, insan vücudundaki ısı miktarı her kişi de farklıdır. Bu farklıları düşük seviyelere indirgemek için bazı değişkenler kullanılmaktadır. Yapılan çalışmalarda, aktivite düzeyi arttıkça deri sıcaklığının ve metabolik hızın arttığı gözlemlenmiştir ( Çizelge 2.5). Aktivite düzeyinin yanı sıra ortam sıcaklığı da metabolik hıza etken bir diğer parametredir. Çizelge 2.5. Aktivitelere göre metabolizma oranları (ASHRAE 2009) Metabolik Mekanik Metabolik Oran Aktivite Oran Verim (W/m2) (met) ƞ İstirahat Uyku hali 40 0.7 0 Yaslanma 45 0.8 0 Oturmak 60 1.0 0 Ayakta durmak 70 1.02 0 Yürüyüş 0.9 m/s 115 2.0 0 1.2 m/s 150 1.06 0 1.8 m/s 220 3.08 0 İş ortamı davranışları Oturma pozisyonunda okuma- yazma 60 1.0 0 Daktilo, klavye kullanımı 65 1.01 0 Taşıma-paket yapma 120 2.01 0 Araç sürme Otomobil 60 - 115 1.0 - 2.0 0 Hava taşıtı 70 1.02 0 Ağır vasıta 185 3.02 0 Çeşitli İş Aktiviteleri Aşçılık 95-115 1.6-2.0 0-0.1 Ev Temizleme 115 - 200 2.0 - 3.4 0-0.1 Makine kullanılarak yapılan işler Marangozluk işleri 105 1.08 0.1-0.2 Hafif işler 115 - 140 2.0 - 2.4 0.1-0.2 Ağır işler 235 4.0 0.1-0.2 Yük Binmesi 235 4.0 0.1-0.2 Kazma, kırma işlemleri 235 - 280 4.0 - 4.8 0.1-0.2 Giysi, insan ile bulunduğu mahal arasında kalkan görevi yaparak konforlu bir yaşam için gerekli bir unsurdur. İnsan, bulunduğu mahalin hava şartlarında konforlu olabilmesi için, 12 giydiği kıyafet üzerinde ağırlık hissettirmemeli ve hareketini kısıtlamamalıdır. Bu nedenle insanın yaşadığı ortamdaki konforluluk hali için giydiği giysi de önemli bir rol üstlenmektedir. Giysi türlerine göre yalıtım katsayısı farklılık göstermektedir (Çizelge 2.6). Çizelge 2.6. Giysilerin yalıtım katsayıları (ASHRAE 2009) Giysi yalıtım Giysi Yalıtım Alan Tür katsayısı Faktörü 𝐼𝑐𝑙, clo 𝑓𝑐𝑙 Kısa kollu şort, Kısa kollu t-shirt 0,36 1,10 Pantolon, kısa kollu gömlek 0,57 1,15 Pantolon, uzun kollu gömlek 0,61 1,2 Pantolon, uzun kollu gömlek, ceket 0,96 1,23 Pantolon, Uzun kollu t-shirt 1,01 1,28 Etek, kısa kollu gömlek 0,54 1,26 Etek, uzun kollu gömlek 0,67 1,29 2.2.2 Isıl Konfor Modelleri İki Bölmeli Anlık Enerji Dengesi Modeli, Gagge modeli olarak tanımlanan geçici rejim modeli, insan vücudunu iç içe iki silindir olarak tanımlar (Gagge ve ark. 1971, Gagge ve ark. 1986, Anonim 1993). İçteki silindir, iskelet, kaslar ve iç organları, dıştaki silindir ise deriyi ifade eder. Bu modelde silindirlerin birbiri arasında ısı ve kütle transferi olurken dış silindirden çevreye de duyulur ve gizli ısı transferi olmaktadır. Bu model için yapılan kabuller şu şekildedir; 1. Her bölme için üniform olan bir sıcaklık mevcuttur. 2. Vücutta üretilen ısı, yapılan iş ile olan ısı kaybı iç bölme ile bağlantılıdır. 3. Deriden iletimle olan ısı transferi ihmal edilebilir. 4. İç ve dış silindirin birbiriyle iletim ve kan akışı yoluyla enerji alışverişi olur. Anlık enerji dengesinde, birim zamanda depolanan ısıl enerji, net ısı kazancı ile ısı kaybı arasındaki farka eşittir. Her iki silindir için Termodinamiğin I. kanunu yazılırsa; 𝑆𝑐𝑟 = (𝑀 − 𝑊) − (𝐶𝑟𝑒𝑠 + 𝐸𝑟𝑒𝑠) − 𝑄𝑐𝑟,𝑠𝑘 (2.1) 13 𝑆𝑠𝑘 = 𝑄𝑐𝑟,𝑠𝑘 − (𝐶 + 𝑅 + 𝐸𝑠𝑘 ) (2.2) olarak tanımlanır (Anonim 1993). Burada; Scr = iç bölmede depolanan birim zamandaki ısıl enerji, W/m 2 Ssk = deride depolanan birim zamandaki ısıl enerji, W/m 2 𝑀 = metabolik ısıl enerji üretimi, W/m2 𝑊 = mekanik iş, W/m2 𝐶𝑟𝑒𝑠 = solunumla ile olan taşınım ısı kaybı, W/m 2 Eres = solunum ile olan buharlaşma ısı kaybı, W/m 2 𝑄𝑐𝑟,𝑠𝑘 =iç bölmeden deriye vücut dokularından olan iletim ve kan akışı ile olan taşınımla ısı geçişinin toplamı, W/m2 C + R = deriden duyulur ısı kaybı, W/m2 𝐸𝑠𝑘 = deriden toplam buharlaşma ısı kaybı, W/m 2 şeklindedir. Birim zamanda depolanan enerji, kor ve deri tabakası için ayrı ayrı ısıl kapasite ile birim zamanda sıcaklık değişiminin çarpımı olarak ifade edilirse, 𝑆𝑐𝑟 = (1 − 𝛼). 𝑚. 𝑐𝑝,𝑏 . (𝑑𝑇𝑐𝑟 𝑑𝜃)/ 𝐴𝐷 (2.3) 𝑆𝑠𝑘 = (𝛼). (𝑚). 𝑐𝑝,𝑏 . (𝑑𝑇𝑐𝑟 𝑑𝜃)/ 𝐴𝐷 (2.4) olarak yazılır. Burada; α = boyutsuz olarak vücut kütlesinin deri bölgesinde bulunan oranı m = vücut kütlesi, kg 𝑐𝑝,𝑏 = vücudun özgül ısısı Θ = zaman, s şeklindedir (Anonim 1993). Anonim’e (1993) göre çıplak vücut alanı için en kullanışlı ifade, DuBoistarafından verilen 𝐴 = 0.202. 𝑚0,425. 𝑙0,725𝑑 (2.5) 14 denklemidir. Bu denklemde 𝐴𝑑, DuBois yüzey alanı (𝑚 2), m kütle (kg), l boy (m)olarak tanımlanmaktadır. Sürekli Rejim Enerji Dengesi Modeli, Fanger tarafından geliştirilen sürekli rejim enerji dengesi modeli, insan vücudunun termal olarak dengede olmasına ve ihmal edilebilir seviyede enerji depolayabileceği varsayımına dayalıdır (Anonim 1993, Fanger 1971, 1986). Model, vücudu deri ile sınırlı bir hacim olarak tanımlar. Bu nedenle, vücut kapalı bir tek bölüm olarak varsayılır. Dolayısıyla bu modelde titreme ve kan akışı ihmal edilir. Sıcaklık sabit olarak kabul edilir. (Atmaca 2011). (𝑀 − 𝑊) = 𝑄𝑠𝑘 + 𝑄𝑟𝑒𝑠 = (𝐶 + 𝑅 + 𝐸𝑠𝑘 ) + (𝐶𝑟𝑒𝑠 + 𝐸𝑟𝑒𝑠 ) (2.6) Bu denklemde, 𝑄𝑠𝑘 = deriden olan toplam ısı kaybı, W/𝑚 2 𝑄 2𝑟𝑒𝑠 = solunum ile olan toplam ısı kaybı , W/𝑚 ’dir. Bu iki model dışında bir diğeri ise Stolwijk modelidir. İç bölge, kas, yağ ve deri bölgeleri şeklinde dört bölmeye ayrılan vücutta, ısı transferi birbirleri arasında taşınım ile olur. Isı üretimi orantısal olarak dağıtılır. Ortam ile ilişki de olan deride ısı transferi taşınım, ısınım ve buharlaşma yoluyla olur (Atmaca 2011). 2.2.3 Sıcak Şekillendirme Hatlarının Sıcaklık Maruziyeti Açısından Değerlendirilmesi Termal konfor şartları, çalışanın beden ve ruh sağlığını etkilediği gibi üretkenliğini de etkileyebilmektedir. Vücut, iç sıcaklığı 37-37,5 ˚C, deri sıcaklığını ise 31,5 ile 33,5 ˚C arasında dengelemekten sorumludur. Sistemde gerçekleşen tüm metabolik olaylar sıcaklığa bağlı olduğundan sıcaklık - nem dengesi önemlidir (Çınar 2016). Sac metal şekillendirme yöntemlerinden biri olan sıcak şekillendirme yönteminin, sac levhanın fırında ısıtılmasına dayalı olması, fırınlarının sürekli olarak faaliyette ve 15 üretimin kesintisiz olması, çalışanların sürekli olarak sıcak ortama maruz kalmasına sebebiyet vermektedir. Özellikle pres altında şekillendirilen parçanın kasalanması aşamasında çalışanlar, sıcak parçayla temas içinde olduklarından parçadan yayılan ısıya direkt olarak maruz kalmaktadırlar. Sıcak ortamda çalışmaya bağlı olarak bıkkınlık, sinirlilik ve dikkatsizlik hallerinin oluşmasından dolayı iş kazalarının artması, zihin yorgunluğu, fiziksel çalışmalarda performans ve beceri azalması gibi olumsuzluklar ortaya çıkabilmekte ve bunun sonucu olarak iş kazalarında artış görülebilmektedir. Özellikle çok dikkat isteyen işlerde, belirli bir seviyeye kadar sıcaklık artışında, kaza sayısı rutin devam etmekte, sıcaklık seviyesi aşılırsa iş kazası sayısı çoğalmaktadır (Yıldırım 2015). 2.2.4 İşletmenin Sıcak Şekillendirme Hatları Hakkında Bilgilendirme Otomotiv endüstrisinde, araç şasesi üretiminde, bulunduğu bölgeye bağlı olarak farklı mukavemet değerlerine sahip sac parçalar kullanılır. Bu parçalardan, özellikle yolcu güvenliğinin kritik öneme sahip olduğu kabin içerisinde yüksek mukavemetli sac parçalar (1200-1500 MPa) kullanılmaktadır. Yüksek mukavemetli bu parçalar, geleneksel soğuk şekillendirme yönteminden farklı olarak sıcak şekillendirme yöntemi ile üretilmektedir. Sıcak şekillendirme, borlu malzemenin (AL-Si kaplamalı 22MnB5) östenitleme sıcaklığına kadar ısıtılıp ve hızlıca kalıba transfer edilip, kalıp içerisinde soğutulup şekillendirilmesidir. İlk defa bir İsveç firması olan HardTech (bu günkü ismi ile Gestamp-HardTech) tarafından otomotivde uygulanan bu teknoloji, ihtiyaçların artması ve teknolojinin gelişmesi ile her geçen gün daha yaygınlaşmaktadır. Beyçelik Gestamp Firması da dünyada firmada bulunan bu teknolojiye sahip sayılı firmalardan biridir (Şekil 2.1). 16 Şekil 2.1 Beyçelik Gestamp sıcak şekillendirme hattı Soğuk malzemeden kesilen açınım 3-10 dakika süre ile 880-930°C ‘ye kadar da ısıtılmaktadır. Bu işlem parça sertliği ve martenzit dönüşümü için büyük önem taşır. Bu aşamadan sonraki kısım çok önemlidir. Parça fırından olabildiğince hızlı bir şekilde alınıp kalıbın üzerine yerleştirilmelidir. 600-800°C sıcaklık ile prese giren parçaya şekil verilirken, kalıpta bulunan soğutma kanalları vasıtası ile parçanın sıcaklığı çok kısa bir sürede 200 °C ‘nin altına kadar düşmektedir (Şekil 2.2). Şekil 2.2 Sıcak şekillendirme proses süreci Yaklaşık 200°C’deki parça (Şekil 2.3) hattan operatörler vasıtasıyla özel eldivenler ile alınmaktadır. 17 Bu işlem sırasında operatörler, yüksek sıcaklığa maruz kalmakla beraber kasaya koyulan parçalar da çevreye ısı yayarak soğumaya devam etmektedir. Şekil 2.3 Sıcak şekillendirilmiş parça örneği 18 3. MATERYAL VE YÖNTEM 3.1. Çalışma Hakkında Kısa Bilgilendirme Çalışmada Beyçelik Gestamp firmasının Demirtaş organize sanayi bölgesindeki lokasyonunda bulunan sıcak şekillendirme hatları ile ilişkili 14 farklı alanda (Çizelge 3.1) ortam ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Termal konfor ölçümleri için TS EN ISO 7730 ile TS EN 27243 standartları kullanılmıştır. Ölçümler, 26.06.2018-28.06.2018 tarihleri arasında mesai saati boyunca (08:00-18.00) yapılmıştır. Yapılan ölçümler sonrasında, termal konforsuzluğun yüksek olduğu 2 bölgede, “soğuk yelek” uygulanmıştır. Soğuk yeleğin çalışan üzerinde etkilerini incelemek için yelekten önce ve yeleği giydikten sonra belirli saat aralıklarında vücudunun çeşitli bölgelerinin sıcaklığı ölçülmüştür. Bu çalışma, 26.06.2018-28.06.2018 tarihleri arasında yapılan ölçümlerdeki hava sıcaklığı ile benzer sıcaklıklarda olan 20.05.2019 ve 21.05.2019 tarihlerinde gerçekleştirilmiştir. Termal konfor ortam ölçümleri ile benzer şartları sağlayacağı düşünüldüğünden bu tarihler özellikle seçilmiştir. Çizelge 3.1. Ölçüm yapılan bölümler NO ÖLÇÜM YAPILAN BÖLÜMLER 1 Sıcak Şekillendirme Robot Hattı Kalite Bölümü 2 Sıcak Şekillendirme 3. hat 3 Sıcak Şekillendirme 2.hat Ekip Lideri 4 Sıcak Şekillendirme 4.Hat Ofis 5 Sıcak Şekillendirme 1.Hat 6 Sıcak Şekillendirme Robot Hattı MTR 204 7 4.Hat Sıcak Şekillendirme Ekip Lideri Alanı 8 Sıcak Şekillendirme 4.Hat 9 Sıcak Şekillendirme 3.Hat sonu 10 Sıcak Şekillendirme 2.Hat Kasalama 11 Sıcak Şekillendirme 1.Hat Sonu 12 Sıcak Şekillendirme 2.Hat sonu 13 Sıcak Pres Hattı Kalıp Bakım 14 Sıcak Şekillendirme Üretim Ofisi 19 Şekil 3.1. Ölçüm noktaları lay-out Şekil 3.2. Sıcak şekillendirme hatları Sıcak şekillendirme prosesine müdahale edilmesinden kaçınılması göz önünde bulundurularak atölyede ortamı serinletmek için çeşitli uygulamalar denense de yine de yaz aylarında kesin çözüme ulaşılamamıştır. Özellikle gün geçtikçe artan hat sayısı ( Şekil 3.2) ile birlikte, hatların yanyana kurulmasıyla ortam sıcaklığı daha da artmıştır. 20 3.2. Tesiste Kullanılan Ölçümlerin Değerlendirilmesinde Kullanılan Yönetmelikler ve Standartlar Bir işyeri ortamında dengesiz ısı etkilerinden olumsuz olarak etkilenmemek için, çalışma mahalinde ısıl konfor şartlarına önem vererek uygun şartları sağlamak gerekir. Çalışma ortamında ısıl konfor, beş duyu ile belirlenemediğinden; Bu konfor şartlarını sağlamak ve çalışma ortamının mevcut şartlarını belirlemek için gerekli ölçümler yapılır ve sonuçları değerlendirilir. Çalışma ve Sosyal Güvenlik Bakanlığına bağlı İş Sağlığı ve Güvenliği Merkezi (İSGÜM), çalışma ortamında termal konfor şartlarının belirlenmesine yönelik ölçümler yapmaktadır. Tesiste yapılan ölçüm değerlendirmelerinde aşağıdaki mevzuat hükümleri dikkate alınmıştır.  İşyeri, Bina ve Eklentilerinde Uygulanacak Asgari Sağlık ve Güvenlik Şartları (Resmi Gazete Tarihi: 17.07.2013 Resmi Gazete Sayısı: 28710)  TS EN 7730 Orta dereceli termal ortamlar- PMV ve PPD indislerinin tayini ve ısıl konfor için şartların belirlenmesi  TS EN 27243 sıcak ortamlar- WBGT veya WBGTS indeksinin tayini ve ısıl konfor için şartların belirlenmesi Isıl konfor ölçümleri sayesinde kişilerin maruz kaldığı termal memnuniyetsizliği/ termal konforu tahmin etmek için bir yöntem sunar. Termal Ortam Ergonomisi PMV ve PPD indekslerinin hesaplanması, kullanımı ve lokal termal konfor kriterlerinin değerlendirilmesi ile termal konforun analitik belirlenmesi ve yorumlanmasını sağlar. TS EN ISO 7730 standardına göre mahaldeki memnuniyetsiz kişilerin oranının maksimum %10 olması için, konforlu olduğu belirlenen bir mahalde PMV değerlerinin ±0,5 değerleri arasında olması gerekir. 21 Çizelge 3.2. PMV değerleri (Anonim 1993) PMV Değeri Tanım Açıklama 3 Aşırı Sıcak Bunaltıcı ve tolere edilemez 2 Sıcak Çok sıcak 1 Hafif Sıcak Tolere edilebilir, sıcak. 0 Nötr Konforlu -1 Hafif Serin Tolere edilebilir, serin -2 Serin Çok serin -3 Soğuk Tolere edilemez, soğuk PMV Değerleri 0 - 1 aralığında 'Hafif Sıcak', 1-2 aralığında 'Sıcak' ve 2-3 aralığında ise 'Aşırı Sıcak' olarak değerlendirilir (Çizelge 3.2.). Ortamdaki insanların memnuniyetsizlik yüzdesini veren PPD değeri ile PMV değeri arasındaki ilişkiye bakıldığında (Bkz. Şekil 3.3), Ekici (2013)’ün Olesen (2005) ‘in çalışmasından alıntı yaparak bildirdiği üzere, en konforlu ortamda bile insanların yüzde 5'inin ortamdan memnuniyetsiz olduğu görülmektedir. 22 Şekil 3.3 PMV ve PPD değeri arasındaki ilişki (Ekici 2013) PMV değeri -2 ile +2 aralığında ise TS EN ISO 7730 standardı ile ölçüm yapılır. PMV değeri -2 ile +2 dışında bir değer ise ölçüm stratejisi değiştirilir. PMV değeri +2 üzerinde olduğu ortamlarda (çok sıcak ortamlar) için kullanılan TS EN 27243 standardı kullanılır. TS EN ISO 7730 standardı ılıman ortamlarda kullanılabilecek bir standarttır. İki ana kısımdan oluşan bu standardın ilk kısmı kişisel, ikinci kısmı bölgesel memnuniyetsizlik başlıkları atında toplanabilir. Günümüzde PMV (Tahmin Edilen Ortalama Oy) ve buna bağlı olarak elde edilen PPD (Kişisel Memnuniyetsizlik Yüzdesi) indeksleri kişisel PMV ve PPD, TS EN ISO 7730 (TS EN ISO 7730, 2005) tarafından kullanılan ana indekslerdir. PMV’nin hesaplanması çok kapsamlıdır ve birçok değişkenin hesaplanmasına bağlıdır (Denklem 3.1-3.6). Kullanılan değişkenler, iki ana başlık altında toplanır; nem, rüzgâr hızı, ortalama radyal sıcaklık ve kuru hava sıcaklığı meteorolojik değişkenlerdir. İkinci ana grupta ise giydikleri kıyafetlere bağlı olan kıyafet katsayısı ve yaptıkları işin ağırlığına bağlı olan metabolik orandır. 23 𝑓𝑐𝑙 = 1 + 1.29 ∗ 𝐼 2 𝑐𝑙 eğer 𝐼𝑐𝑙 <= 0.078 𝑚 . 𝐾/𝑊 (3.1) 𝑓 2𝑐𝑙 = 1.05 + 0,645 ∗ 𝐼𝑐𝑙 eğer 𝐼𝑐𝑙 > 0.078 𝑚 . 𝐾/𝑊 (3.2) ℎ𝑐 = 2.38 ∗ (𝑡 0.25 𝑐𝑙 − 𝑡𝑎) eğer 2.38 ∗ (𝑡 − 𝑡 ) 0.25 𝑐𝑙 𝑎 > 12.1 ∗ √𝑉𝑎𝑟 (3.3) ℎ 0.25𝑐 = 12.1 ∗ √𝑉𝑎𝑟 eğer 2.38 ∗ (𝑡𝑐𝑙 − 𝑡𝑎) < 12.1 ∗ √𝑉𝑎𝑟 (3.4) 𝑡𝑐𝑙 = 35.7 − 0.028 ∗ (𝑀 − 𝑊) − 𝐼 −8 𝑐𝑙 ∗ {3.96 ∗ 10 ∗ 𝑓 ∗ [(𝑡 + 273) 4 𝑐𝑙 𝑐𝑙 − (𝑡𝑟 + 273) 4] + 𝑓𝑐𝑙 ∗ ℎ𝑐 ∗ (𝑡𝑐𝑙 − 𝑡𝑎)} (3.5) 𝑃𝑀𝑉 = [0.303 ∗ 𝑒(−0.036∗𝑀) + 0.028] ∗ {(𝑀 − 𝑊) − 3.05 ∗ 10−3 ∗ [5.733 − 6.99 ∗ (𝑀 − 𝑊) − 𝑝𝑎]-0.42*[(M-W)-58.15]-1.7*10 −5 ∗ 𝑀(5867 − 𝑝𝑎) − 0.0014 ∗ 𝑀 ∗ (34 − 𝑡𝑎) − 3.96 ∗ 10 −8 ∗ 𝑓𝑐𝑙 ∗ [(𝑡 + 273) 4 − ((𝑡 + 273)4𝑐𝑙 𝑟 ] + 𝑓𝑐𝑙 ∗ ℎ𝑐 ∗ (𝑡𝑐𝑙 − 𝑡𝑎)} (3.6) Burada; M : Metabolik Oran (W/𝑚2) W : Efektif Mekanik Güç (W/𝑚2) 𝐼 2𝑐𝑙 : Kıyafet Yalıtımı (𝑚 *K/W) 𝑓𝑐𝑙 : Kıyafet yalıtım alan faktörü 𝑡𝑎 : Kuru hazne (hava) sıcaklığı (°C) 𝑡𝑟 : Ortalama radyal sıcaklık (°C) 𝑣𝑎𝑟: hava akım hızı (m/sn) 𝑝𝑎 : kısmi buhar basıncı (Pa) ℎ𝑐: Konvektif ısı transfer katsayısı (W/(𝑚 2* K)) 𝑡𝑐𝑙: Kıyafet yüzey sıcaklığı (°C) anlamlarındadır. Soğuk yelek ile yapılan denemelerde PMV değerinin teorik hesabı için denklem 3.6 kullanılmıştır. Buna bağlı olarak operatörün yaptığı iş, kasalama olarak tanımladığı için metabolik oran 120 W/𝑚2 olarak kabul edilmiştir. Mekanik iş, operatör çalışırken vücutta güç sarfettirici bir faaliyet olmadığından ihmal edilmiştir. Kıyafet yalıtımı ( 𝐼𝑐𝑙) ve kıyafet yalıtım alan faktörü 𝑓𝑐𝑙 ASHRAE standartlarına göre 1,01 (𝑚 2*K/W) ve 1,28 alınmıştır ( bkz. Çizelge 2.6). Kuru hazne sıcaklığı (𝑡𝑎) mayıs ayında yapılan denemelerde atölyenin mevcut hava sıcaklığı, termal kamera ile ölçülerek dikkate alınmıştır. Hava şartlarının 24 çok benzer olması sebebiyle, ortalama radyal sıcaklık (𝑡𝑟) , kısmi buhar basıncı ve hava akım hızı (𝑣𝑎𝑟) 2018 yılındaki ölçüm değerleri ile benzer alınmıştır (bkz. Çizelge 4.2). Konvektif ısı transfer katsayısı (ℎ𝑐 ) denklem 3.3 ve denklem 3.4’ e göre hesaplanmıştır. Kıyafet yüzey sıcaklığı (𝑡𝑐𝑙), hava sıcaklığı ile operatörün ten sıcaklığına göre ortalama alınarak hesaplanmıştır. PPD ise sadece PMV’nin kullanılması ile elde edilen memnuniyetsizlik indeksidir (3.7). 4 PPD = 100 – 95 *𝑒(0.3353∗𝑃𝑀𝑉 −0.219∗𝑃𝑀𝑉 2) (3.7) TS EN 27243 standardında ölçülmesi gereken sıcaklık indeksi, ıslak hazne küre sıcaklığı (WBGT)’dır. Bu sıcaklık indeksinin hesabı için ölçülen değişkenler, küre sıcaklığı (𝑇𝑔), doğal yaş-hazne sıcaklığı (𝑇𝑛𝑤) ve kuru hava sıcaklığı (𝑇𝑎)’dır. Kış aylarında hava bulutsuz ve soğuk olsa da, yüzle güneşle temas ettiğinde hissedilen sıcaklık hissi ya da yazın buzluğu açıldığında, yüzde hissedilen serinlemeye neden olan sıcaklık, radyal sıcaklığa bağlı olan küre sıcaklığıdır. Nemli havalarda sıcaklığın etkisi daha çok hissedilir. Bunun hesaba katıldığı indeks ise doğal yaş hazne sıcaklığıdır. Kuru hava sıcaklığı ise termometrenin ölçtüğü sıcaklıktır. Güneş yükü olmayan iç ortamda ile dış ortamda çalışanlar ve güneş yükü olan dış ortamlarda çalışanlar için iki ayrı WBGT indeksi kullanılmaktadır. Bunlara bağlı olarak dış ortamda çalışanlar için kullanılan denklem, 3.8’dir ( Yıldırım 2015). 𝑊𝐵𝐺𝑇𝑑𝚤ş = 0,7 ∗ 𝑇𝑛𝑤 + 0.2 ∗ 𝑇𝑔 + 0.1 ∗ 𝑇𝑎 (3.8) İç ortamlarda kullanılan indeksin dış ortamlarda kullanılandan farkı ise katsayılar değil aynı zamanda kuru hazne sıcaklığının etkisinin hesaba katılmamasıdır. 𝑊𝐵𝐺𝑇𝑖ç = 0,7 ∗ 𝑇𝑛𝑤 + 0.3 ∗ 𝑇𝑔 (3.9) Meteorolojik etkenlerden başka diğer etken, metabolik orandır. İşin yürütümü sırasında çalışanların harcadıkları enerji metabolik oranlarla ifade edilmektedir. Yapılan iş ne kadar ağır, harcanan enerji ne kadar fazla ise bu oran da o kadar büyüktür. 25 TS EN 27243 standardında, çizelge 3.3’de görüldüğü üzere, ısı baskı indeksinin referans değer çizelgesine göre her biri için farklı metabolik oran aralıkları vardır. Bu aralıklar için önerilen, hava akımına, kişinin çalıştığı ortamın sıcaklığına alışık olup olmamasına ve metabolik oran aralıklarına göre 18 ile 33 derece arasında değişen farklı WBGT değerleri ( bkz. Çizelge 3.3) mevcuttur ( Yıldırım 2015). Ölçümlerde bu değerler referans alınır ve ilgili standarda göre yorumlanması sağlanır. Çizelge 3.3. Isının çalışanlara etkisinin TS EN 27243 WBGT indeksine göre tahmini(Anonim 1989) Metabolik Metabolik oran, M WBGT'nin referans değeri oran sınıfı Toplam (1,8 'lik Isıya Isıya Bir birim deri ortalama deri alıştırılmış kişi alıştırılmamış kişi yüzey alanıyla yüzey alanı için) °C °C (M/𝒎𝟐) W 0 Dinlenme M≤65 M≤117 33 32 1 65 < M≤ 130 117 < M ≤ 234 30 29 2 130 < M ≤ 200 234 < M ≤ 360 28 26 Hissedilir Hissedilir Hissedilmeyen hava Hissedilmeyen hava 3 200 < M ≤ 260 360 < M ≤ 468 hava hareketi hareketi hava hareketi hareketi 25 25 22 23 4 M > 260 M > 468 23 25 18 20 TS EN 27243 standardında WBGT referans değeri, ısıya alıştırılmış kişi ve ısıya alıştırılmamış kişi olarak iki gruba ayrılmaktadır. Isıya alıştırılmış kişi ifadesi çalışma ortamında uzun süredir çalışan ve ortama alışık kişilerin yani adapte olmuş çalışanları ifade etmektedir. “Isıya alıştırılmamış kişi” için de tam tersi durum geçerlidir. Ortamda daha önce bulunmamış ve ısıya adapte olamayan kişiler, bu sınıfta değerlendirilir. Fabrikada yapılan ölçümlerde WBGT referans değeri “ ısıya alıştırılmış kişi” sınıfında değerlendirilmiştir. Vücut içerisinde tüketilen toplam enerji miktarını gösteren metabolik oran ve değerlerinin endüstride birçok çalışma pozisyonuna göre sınıflandırılması TS EN 27243 standardında 4 sınıfa ayrılmıştır. Yapılan aktiviteler 65 ile 260 M/m2 arasında değişen metabolik oran aralıklarına göre gruplandırılmıştır (Çizelge 3.3). 26 Atölyede çalışan kişilerin aktiviteleri, hat boyunca banttan kasaya parça taşınması ve göz ile kontrol gibi güç sarf etmek zorunda kalınmayan davranış türleri olduğundan, metabolik oranının “1 düşük metabolik oran” sınıfında olmasına karar verilmiştir (Çizelge 3.4). Çizelge 3.4. TS EN 27243 Metabolik oran seviyelerinin tasnifi Ortalama Metabolik Metabolik Oran Aralığı M Oran Hesabı İçin Kullanılan Değer Sınıf Bir Birim Deri 1,8 m2'lik Bir Örnekler yüzey Alanıyla Ortalama Deri W/𝒎𝟐 W İlgili Yüzey Alanı İçin (M/𝒎𝟐) (W) 0 M ≤65 M≤117 65 Dinlenme Dinlenme 117 Rahat Oturma: yazma, dikiş dikmek; küçük tezgâh aletleri, hafif malzemelerin kontrolü, montaj ve tasnifi; araç kullanma, pedal basma 1 Ayakta: Matkapla delik açma; Düşük freze makinası; bobin sarma; 65