Evaluation of Thermal Comfort Conditions During Training in Physical Fitness Spaces

Abstract

Presently, fitness centers have become extensively occupied spaces. These higher-activity-level spaces require different thermal comfort parameters than other indoor environments. Therefore, it is crucial to provide the comfort that users need during their physical exercise. Human body during exercise requires different thermal comfort conditions and higher fresh air supply rates than sedentary activities. The standards for fitness centers do not provide specialized thermal and spatial instructions for the fitness spaces. This thesis focuses on investigating the thermal and spatial conditions of exercise spaces. To determine ideal exercise space conditions, a thermal and flow analysis involving experiments and 3D simulations in a computer environment were employed. The study specifically examined spatial factors such as ceiling height, lateral and frontal distances between machines, and vent locations, along with thermal factors like inlet temperature and air velocity. A thirty-minute constant work rate exercise test at moderate intensity was conducted in a controlled climatic chamber with six participants. The experiment's conditions were replicated and verified in CFD software using the collected data. Then, computational models for various environmental and spatial scenarios for a five-person cycling class were generated. Employing the L9 orthogonal arrays method, nine spatial scenarios with three thermal operations were simulated. Optimal factor levels were determined based on thermal comfort conditions by predicted mean vote (PMV) around the thermal plumes. The findings indicated that a ceiling height of 5m, lateral and frontal distances of 1m and 0.5m between machines, and ventilation strategy with ceiling located inlets at a condition of 18°C and 0.2m•s-1 performed optimal results.Fitness merkezleri günümüzde yoğun olarak kullanılan mekânlar haline gelmiştir. Aktivite seviyelerinin yüksek olduğu bu mekânlarda diğer iç ortamlara göre farklı ısıl konfor koşullarına ihtiyaç duyulmaktadır. Dolayısıyla, kullanıcıların fiziksel egzersizleri sırasında ihtiyaç duydukları konforun sağlanması büyük önem taşımaktadır. Egzersiz sırasında insan vücudu, düşük aktivite seviyelerine göre farklı ısıl konfor koşullarına ve daha yüksek temiz hava besleme oranlarına ihtiyaç duyar. Fitness merkezlerine yönelik mevcut standartlar, egzersiz mekanları için özelleşmiş ısıl ve mekânsal talimatlar içermemektedir. Bu tez, egzersiz mekanlarının ısıl ve mekânsal koşullarının araştırılmasına odaklanmaktadır. İdeal egzersiz alanı koşullarını belirlemek için bilgisayar ortamında deneyler ve 3B simülasyonlar içeren termal ve akış analizi kullanılmıştır. Çalışma özellikle tavan yüksekliği, makineler arasındaki yanal ve ön mesafeler ve havalandırma konumları gibi mekânsal faktörlerin yanı sıra giriş sıcaklığı ve hava hızı gibi termal faktörleri incelemiştir. Altı katılımcıyla kontrollü bir iklim odasında orta şiddette otuz dakikalık sabit yüklü bir egzersiz testi gerçekleştirilmiştir. Deney koşulları, toplanan veriler kullanılarak CFD yazılımında benzer biçimde modellenmiş ve doğrulanmıştır. Sonrasında, beş kişilik bir bisiklet sınıfı için çeşitli çevresel ve mekânsal senaryolar sayısal modeller biçiminde oluşturulmuştur. L9 ortogonal diziler yöntemi kullanılarak, üç ısıl şartlandırma içeren dokuz mekânsal senaryonun simülasyonları yapılmıştır. Optimal faktör seviyeleri, ısıl bulutlar içerisindeki ısıl konfor koşulları ile hesaplanan tahmin edilen oy (PMV) baz alınarak belirlenmiştir. Bulgular, 5m tavan yüksekliğinin, makineler arası 1m ve 0.5m yan ve ön mesafelerin ve 18°C ve 0.2m•s-1 koşulunda tavana yerleştirilmiş girişlere sahip havalandırma stratejisinin en iyi sonuçları verdiğini göstermiştir.