مرکز دانش صنعت تاسیسات

بارهای رطوبتی : در مقایسه با سایر ساختمانهای عمومی، بارهای رطوبتی در بیمارستانها بسیار زیاد می باشند. در شکل7 بار بیمارستان در مقایسه با بار فروشگاههای بزرگ و مدارس مشاهده می شود. بار در این ساختمانها کمتر از بار بیمارستانها است، زیرا در بیمارستان هوای تازه بیشتری مورد نیاز خواهد بود. در این مثال یک بیمارستان 4 طبقه 100 تختخوابی با 8 اتاق عمل یا زایمان در آتلانتای جورجیا در نظر گرفته شده است. بار رطوبتی عمدتاً ناشی از تعویض هوا برای کل ساختمان و هوای تازه مورد نیاز اتاقهای عمل می باشد. بار ناشی از این دو جزء حدود 26 درصد بیشتر از سایر بارهای رطوبتی در بیمارستان است.

تعویض هوای کلی : نرخ تهویه به جای افراد با حداقل تعداد توصیه شده تعویضهای هوا در ساعت مشخص می شود. نرخ تعویض هوا در هر قسمت مقدار خاصی دارد، اما حجم کلی هوای تازه مورد نیاز بسیار زیاد است که در این مثال بالغ بر 56000 فوت مکعب در دقیقه (26426 لیتر در ثانیه) خواهد شد. با این مقدار زیاد هوای تازه طراح باید از روشهای کاهش بار مانند چرخهای با مواد جاذب غیرفعال ، مبدل حرارتی صفحه ای یا کویلهای بازیاب حرارت استفاده نماید.

 

حتی در صورت استفاده از هر یک از روشهای کاهش بار، مقدار بخار آب باز هم قابل توجه است و رطوبت گیری هوای تازه قبل از ورود به ساختمان لازم به نظر   می رسد. همچنین باید انتخاب چنین دستگاههایی از نظر اقتصادی نیز قابل توجیه باشد. پس از گذشت چند سال هزینه های اولیه برابر خواهد شد. در بیمارستانها رطوبت گیری هوای تازه تا میزان کمتر از نقطه شبنم مورد نظر، مزیت خاصی دارد. با این روش رطوبت بسیار کمتری روی کویلهای سرمایی تقطیر خواهد شد. مایع کمتری تقطیر شده و ساعات تقطیر نیز کاهش خواهد یافت. این بدین معنی است که کویلهای سرمایی و کانالهای هوا کمتر در معرض تقطیر و خطر رشد قارچ و کپک قرار خواهند گرفت.

همچنین هنگامی که از یک رطوبت گیر سرمایشی یا آب سرد با درجه حرارت کم برای رطوبت گیری هوای ورودی استفاده می شود، هوای تازه خنک برای کاهش بارهای حرارتی داخل ساختمان نیز سودمند خواهد بود. کویلهای سرمایی هواساز سرمایش کمتری انجام خواهند داد و نیاز به بازگرمایش هم کاهش خواهد یافت.

سرانجام آنکه خشک کردن اولیه هوای تازه بدان معنا خواهد بود که درجه حرارت سیستم اصلی آب سرد برای مابقی ساختمان می تواند افزایش یابد، چرا که نیازی به رطوبت گیری هوای در گردش توسط کویلهای سرمایی نخواهد بود. در صورتی که درجه حرارت آب سرد بالاتر باشد، راندمان چیلر افزایش یافته و نیازی به بازگرمایش بعد از کویلهای سرمایی (در صورتی که مقررات محلی استفاده از بازگرمایش را مجاز بشمارند) نخواهد بود. بنابراین هزینه های جاری نسبت به حالت استفاده از سیستم آب سرد مرکزی ساختمان برای رطوبت گیری هوا تا نقطه شبنم مورد نظر، بسیار پایین تر خواهد بود.

تعویض هوای اتاق عمل

نکات فوق قابل کاربرد برای اتاقهای عمل و زایمان می باشند. در صورت امکان، هوای ورودی باید قبل از مخلوط شدن با هوای برگشت رطوبت گیری شده و ترجیحاً از دستگاههای کاهنده بار برای سیستم هوای تازه استفاده شود. با چنین روشی هزینه های سالیانه انرژی 20 تا 50 درصد کاهش خواهند یافت. همچنین اتاقهای عمل به طور کامل در 24 ساعت مورد استفاده قرار نمی گیرند؛ بنابراین امکان کاهش هوای تازه در موقع عدم استفاده از اتاقهای عمل وجود دارد. مانند سیستم کلی هوای تازه، استفاده از هوای تازه خشک با نقطه شبنم پایین تر از سطح رطوبت مورد نظر اقتصادی به نظر می رسد. اما در اتاقهای عمل استفاده از این روش مزیت دیگری را نیز در برخواهد داشت. سطح درجه حرارت و رطوبت در اتاقهای عمل باید با توجه به نیازهای متفاوت هر یک از جراحان و نوع عمل تنظیم شود.

هنگامی که هوای تازه پیش خشک می شود، می توان درجه حرارت اتاق عمل را در عرض چند دقیقه تغییر داد. اگر هوا خشک (رطوبت گیری) نشود، کویلهای گرمایی و سرمایی با صرف زمانی بالغ بر یک ساعت یا بیشتر قادر به تنظیم درجه حرارت و رطوبت خواهند بود. بنابراین برای رسیدن به تعادل زمان بیشتری باید صرف شود. در بسیاری از بیمارستانهای قدیمی تر، سیستم تأسیسات اتاقهای عمل به صورت 24 ساعته کار می کنند تا زمان مورد نیاز برای تغییر درجه حرارت و رطوبت اتاق قبل از عمل جراحی کاهش یابد.

خشک کردن اولیه هوا سرعت پاسخ سیستم را افزایش داده و امکان تغییر درجه حرارت و رطوبت اتاق برای عمل جراحی بعدی را در زمان کمتری فراهم می نماید. کاهش زمان تغییر درجه حرارت و رطوبت بین دو عمل متوالی بار مالی را پایین آورده و افراد تیم جراحی نیز عکس العمل سریعتری را در وضعیتهای فوق العاده از خود نشان خواهد داد.

فعالیت افراد و باز شدن دربها

بار ناشی از افراد نیز حائز اهمیت است، اما طراح کنترل بسیار کمتری بر روی این منبع بار دارد. بیشترین بار ناشی از افراد هنگام ورود آنها به ساختمان و در حالت به تن داشتن لباسهای مرطوب ناشی از بارش باران به وقوع می پیوندد. دربهای ورودی نیز اجازه ورود هوای مرطوب به ساختمان را می دهند. بنابراین در صورتی که امکان تصمیم گیری وجود دارد، طراح باید ظرفیت رطوبت گیری را در فضاهای ورودی ساختمان بیشتر در نظر بگیرد.

نفوذ هوا

هنگام وزش باد در طرف دیوار خارجی، هوای مرطوب وارد ساختمان خواهد شد. در این مثال فرض می شود که باد روی طولانی ترین دیوار خارجی می وزد و نوع ساخت به جای ضعیف یا متوسط، هوابند در نظر گرفته می شود.

منطقی است اگر نوع ساخت را هوابند در نظر بگیریم، چرا که در غیر اینصورت رطوبت زنی و نگهداشتن رطوبت در هوای سرد و خشک بسیار مشکل خواهد بود. اما اغلب بیمارستانهای موجود قبلاً احداث گردیده اند. در مورد بیمارستانهای قدیمی لازم است طراح نوع ساختمان را متوسط یا ضعیف (غیر هوابند) فرض نماید که این باعث افزایش بار رطوبتی محاسبه شده خواهد شد.

نفوذ بخار

مانند سایر ساختمانهای عمومی، بار ناشی از نفوذ بخار ناچیز است و محاسبه آن نیز مشکل خواهد بود. طراح هنگام اندازه گذاری تجهیزات رطوبت گیری می تواند از این بار صرفنظر نماید. از طرف دیگر، بهتر است طراح با مشخصه های عبور بخار از دیوار خارجی آشنایی داشته باشد. از آنجا که بیمارستان احتمالاً به رطوبت زنی نیاز دارد؛ لازم است نقطه شبنم و درجه حرارتهایی که نفوذ از سطح مقطع دیوار انجام می شود، محاسبه گردد تا اطمینان حاصل شود تقطیر در تمامی طول زمستان صورت نمی گیرد.

بارهای رطوبت زنی

در این مثال فرض شده که ساختمان در ماههای سرد تا سطح رطوبت نسبی 30 درصد در دمای 72 درجه فارنهایت(23 درجه سانتی گراد) رطوبت زنی می شود(شکل8). در صورت نیاز به رطوبت بیشتر، بار به تناسب افزایش خواهد یافت.

جای تعجب نیست اگر بارهای رطوبت زنی بیشتر مربوط به هوای تازه باشند. طراحان ترجیح می دهند رطوبت زنی قبل از ورود هوای تازه به ساختمان صورت گیرد. در بیشتر موارد، رطوبت زنی کل ساختمان با استفاده از هوای تازه به تنهایی امکان پذیر نخواهد بود. این هوا به ندرت رطوبت کافی را برای جبران رطوبت از دست رفته در سایر قسمتهای ساختمان در خود نگه خواهد داشت. بنابراین رطوبت زنی کمکی باید به غیر از سیستم هوای تازه در سایر قسمتها نیز پیش بینی شود.

توصیه ها و نکات احتیاطی

طراحان مجرب سیستمهای تدسیسات بیمارستان خاطر نشان می سازد که شرایط در ساختمانهای موجود زیاد مطلوب نمی باشد. شاید سازه ساختمانها و لوله های برق از اجرای خطوط مستقیم و طویل کانال که برای جذب بخار بعد از رطوبت زنها ضروری است، ممانعت کنند و یا شاید استفاده پیوسته از اتاقهای عمل باعث ممانعت از جداسازی سیستم فعلی و صرف زمانی حدود شش هفته و یا بیشتر برای اضافه نمودن تجهیزات کاهنده بار شود.

بنابراین کمتر مهندس طراح با سابقه ای وقت خود را صرف طراحی روی شرایط موجود می نماید بدون آنکه این طرحها اجرایی باشند. توصیه های دیگر عبارتند از:

• استفاده از کویلهای دو تکه برای رطوبت گیری

هنگامی که از سرمایش برای رطوبت گیری هوای تازه استفاده می شود، طراح می تواند آرایش میان و کنار گذار از یک کویل دو تکه (Split) استفاده نماید تا ظرفیت رطوبت گیری را در آب و هواهای سرد و مرطوب به صورت تدریجی کنترل کند. کویل دو تکه فضای کمتری نسبت به آرایش میان و کنارگذار اشغال خواهد نمود.

آب سرد در نیمه های بالایی و پایینی کویل به صورت مجزا به گردش در می آید. هنگامی که نقطه شبنم در حد مطلوبی قرار دارد، آب سرد از قسمت بالایی نخواهد کرد. قسمت پایینی سرمایش و رطوبت گیری هوا را انجام خواهد داد و چنانچه بار رطوبت گیری رو به کاهش باشد، می توان دبی آب سرد را کاهش داد (شکل10).

• جلوگیری از افزایش درجه حرارت آب سرد برای رطوبت گیری

نکته مهم دیگر استفاده از آب سرد برای رطوبت گیری است. در تابستان گرمای اضافی ناشی از بارهای سرمایی باری اضافی را روی ظرفیت سرمایشی ساختمان اعمال می نماید. شاید تصور شود درجه حرارت آب سرد را می توان برای حصول ظرفیت سرمایشی کمی بالا برد. همچنین در طول سایر زمانها شاید مدیریت انرژی قصد داشته باشد درجه حرارت آب سرد را برای به حداکثر رساندن راندمان انرژی افزایش دهد. اما چنانچه درجه حرارت آب سرد افزایش یابد، کویل سرمایی دیگر قادر به رطوبت گیری زیاد و رساندن نقطه شبنم به میزان مورد نظر نخواهد بود.

چنانچه درجه حرارت آب سرد باید افزایش یابد، بهتر است از یک سیستم مجزا و مستقل برای تأمین رطوبت گیری قابل اعتماد استفاده شود. بهترین محل این سیستم در نقطه ورودی هوای تازه می باشد. می توان از رطوبت گیرهای مکانیکی و یا با مواد جاذب برای این منظور استفاده نموده و تمامی ساختمان را تحت پوشش کنترل رطوبت قرار داد و صرفه جویی انرژی ناشی از درجه حرارتهای بالاتر آب سرد را نیز به ارمغان آورد.

• عدم استفاده از کویلهای مرتفع برای رطوبت گیری

در یک کویل سرمایی، آب تقطیر شده از روی پره ها به طرف پایین کویل حرکت می کند. هنگامی که ارتفاع کویل زیاد باشد، آب زیادی نزدیک کف کویل جمع     می شود به گونه ای که قطرات آب به داخل جریان هوا پاشیده می شوند. به همین دلیل شرکتهای سازنده رطوبت گیرهای مکانیکی ارتفاع حداکثر کویل را 5/3 فوت (1متر) در نظر می گیرند.

برخی اوقات محدودیتهای  فضا استفاده از کویل سرمایی با ارتفاع بیشتر از این حد را ایجاب می کنند. در چنین مواردی، طراحان مجرب تقسیم کویلها را در سطح افقی به دو یا چند دسته کویل توصیه می نمایند که هر یک از این کویلها دارای سینی تقطیر و خط تخلیه جداگانه ای هستند. در این حالت آب تقطیر شده کمتری در کف کویل جمع می شود و خطر پرتاب قطرات آب به داخل جریان هوا کاهش خواهد یافت.

• استفاده از گرمای ارزان قیمت برای رطوبت گیری

در بیمارستانها اغلب در فصل تابستان امکان استفاده از گرمای ارزان قیمت وجود دارد. این منابع گرمایی عبارتند از : گاز با نرخهای ارزانتر در فصل تابستان، آب گرم حاصل از سیستم های مولد برق و حرارت و چیلرهای با محرک موتوری، و یا بخار دیگهای بخار که تنها از بخشی از آن در فصل تابستان استفاده می شود.

در صورتی که یک سیستم رطوبت گیری با آب سرد مورد استفاده قرار گیرد می توان از انرژی گرمایی ارزان قیمت برای بازگرمایش سود جست یا چنانچه طراح هوا را برای دستیابی به نقطه شبنم پایین خشک می نماید، از آن برای فعال نمودن چرخ دوار مواد جاذب استفاده کرد. بدون توجه به نوع فن آوری، هزینه های جاری سیستم رطوبت گیری معمولاً نسبت به هزینه های سرمایش بسیار زیاد است. استفاده از گرمای ارزان قیمت می تواند سیستم را از نظر اقتصادی توجیه پذیر نماید حتی اگر هزینه های اولیه به دلیل جابجایی انرژی گرمایی از یک نقطه به یک نقطه دیگر ساختمان کمی افزایش یابند.

• استفاده از دستگاههای مدولار کوچکتر برای یک بار مشخص

مقررات بیمارستانها اغلب ظرفیت ذخیره را ایجاب می نمایند تا چنانچه هر یک از دستگاهها دچار خرابی شوند، هر یک از دستگاه جانشین وجود داشته باشد. به جای استفاده از یک دستگاه جانشین بزرگ با ظرفیت معادل، طراح می تواند با استفاده از چند دستگاه کوچکتر صرفه جویی قابل توجهی در هزینه های اولیه بعمل آورد.

این کار باعث صرفه جویی در هزینه های ساخت و بهره برداری و کاهش سطح موتورخانه خواهد شد. کنترل دستگاهها و استفاده تدریجی از آنها در شرایط بار جزئی که در طول 98 درصد دوره کاری تجهیزات اتفاق می افتد، بسیار ساده تر خواهد شد. سرانجام آنکه کنترل تدریجی ظرفیت باعث پایداری بیشتر میزان رطوبت در ساختمان خواهد شد.

• امکان تخلیه آزاد و مداوم سینی های تقطیر

جلوگیری از جمع شدن آب در سینی های تقطیر اهمیت خاصی برای ممانعت از رشد باکتری ها دارد. طراح باید از اندازه مناسب سینی های تقطیر در زیر تمام کویلهای سرمایی اطمینان حاصل کند و همچنین لزوم ایجاد شیب کافی سینی تقطیر به طرف نقطه تخلیه را در مشخصات فنی طرح تأکید نماید. اتصال تخلیه آب تقطیر شده نباید به صورت لبه دار باشد تا آب به طور کامل تخلیه شود. همچنین خط تخلیه باید دارای یک شتر گلو با ارتفاع کافی باشد تا آب فقط در داخل آن تجمع یابد و هرگز در سینی جمع نشود(شکل 11). قطر خط باید به اندازه ای باشد که آشغالهای موجود در آن به راحتی شسته شوند و خط دچار گرفتگی نشود. به همین دلیل خطوط تخلیه با قطر کمتر از 5/1 اینچ (38 میلی متر) توصیه نمی گردند، حتی اگر مقدار آب تقطیر شده بسیار ناچیز باشد.

اگر طراح یا پیمانکار رعایت این جزئیات را فراموش نماید، آب در سینی تقطیر تجمع می یابد و هوا در تماس با یک منبع رشد باکتری قرار خواهد گرفت این شرایط در هیچ ساختمانی خصوصاً بیمارستانها مطلوب نمی باشد.

• اجتناب از قرار دادن فیلترها بلافاصله پس از پایین دست کویلهای سرمایی

هوای خروجی از کویل سرمایی رطوبت نسبتاً بالایی دارد. هنگامی که هوای مرطوب از روی گردد و غبار به دام افتاده در فیلتر عبور می کند، رطوبت کافی جذب گرد و غبار شده و باعث رشد قارچ در فیلتر خواهد شد. قارچها می توانند داخل فیلتر رشد کرده و اسپورهای خود را در پایین دست فیلتر و در مسیر جریان هوای رفت آزاد نمایند. بنابراین قرار دادن فیلترها با فاصله کافی از پایین دست کویلهای سرمایی اهمیت خاصی دارد. البته استقرار فیلترها در بالادست کویل بهتر است؛ جایی که رطوبت نسبی بسیار پایین تر بوده و فیلتر نیز غباراتی که باعث رشد قارچ در کویل می شوند را جذب می کند و از کویل محافظت به عمل خواهد آورد.

• استفاده از بادزن های دمنده روی کویلهای رطوبت گیر مشکل آفرین است.

هنگامی که بادزن در وضعیت دمشی (وضعیتی که بادزن قبل از کویل واقع می شود) و در نزدیکی یک کویل سرمایی که مقدار زیادی آب تقطیر می نماید، قرار  می گیرد، فشار بادزن باعث پخش شدن قطرات از کویل به داخل جریان هوا خواهد شد. این آب می تواند در پایین دست بر روی گرد و خاک جداره های کانال هوا، دمپرهای هادی جذب شود که در نهایت باعث ایجاد قارچ در جریان هوا خواهد شد.

قرار دادن بادزن در وضعیت مکشی (وضعیتی که بادزن بعد از کویل واقع می شود) باعث می شود که سرعت هوا کند شده و در تمام سطح کویل یکنواخت تر شود که در نتیجه، قطرات کمتری به داخل هوا کشیده می شود. البته این بدان معنا نیست که وضعیت دمشی عملی نخواهد بود. این نکته فقط از لحاظ احتیاط است که توصیه می شود برای جلوگیری از مشکلاتی که در گذشته ایجاد شده اند، طراح باید سعی نماید جریان هوا را به صورت یکنواخت از روی کویل رطوبت گیر عبور دهد تا از به حرکت در آمدن قطرات آب به همراه جریان هوا جلوگیری شود.

• ضد عفونی نمودن واحدهای سرمایشی اتاقی مشکل است.

بیماران مختلف به درجه حرارتهای متفاوتی نیاز دارند و بارهای سرمایی و گرمایی نیز در جهت های مختلف یک ساختمان در طول روز و شب در حال تغییر         می باشند. در سایر ساختمانهای عمومی از واحدهای اتاقی (فن کویل) دارای سیستم سرمایش و گرمایش مشترک استفاده می شود که روشی برای تأمین درجه حرارتهای متفاوت در اتاقهای مجاور می باشد. اما ضدعفونی نمودن این دستگاهها خصوصاً زمانی که برای رطوبت گیری نیز مورد استفاده قرار می گیرند، بسیار مشکل است.

برای به حداقل رساندن مسئله ضدعفونی نمودن، طراح باید خشک کردن هوای تازه را تا نقطه شبنمی که پایین تر را تا نقطه شبنمی که پایین تر از درجه حرارت خشک هوای رفت واحدهای اتاقی (فن کویل) است، مد نظر قرار دهد. در این روش تقطیر کمتری صورت می گیرد و رطوبت کمتری جذب گرد و غبارهایی می شود که در این واحدها تجمع می یابند.

بدون توجه به چگونگی خشک کردن هوای تازه، استفاده از سینی تقطیر و خط تخلیه برای هر کویل سرمایی از اهمیت خاصی برخوردار است. شاید سیستم هوای تازه باعث خشک شدن کامل هوا در حدی که از تقطیرجلوگیری شود، نگردد و در صورت عدم وجود سینی تقطیر، آب روی کف یا دیوار خواهد ریخت.

نکته احتیاطی نهایی در مورد طراحی واحدهای اتاقی است که در معرض خطر تقطیر قرار دارند. تمام تجهیزات برای کاهش مشکلات ضدعفونی نمودن طراحی نگردیده اند. امکان تمیز کردن ساده سینی های تقطیر و تخلیه آب تقطیر شده در بسیاری از واحدهای اتاقی رعایت نشده است. در برخی از دستگاهها سینی های تقطیر به گونه ای طراحی شده اند که آب تقطیر شده در آن جمع و پس از مدتی تبخیر می شود. این طرحها باعث خواهند شد تا قارچ، کپک، باکتری و گرد و خاک در سینی تقطیر جمع شوند. چون آب موجود در سینی باید تبخیر شود، رطوبت گیری اتاق عملاً انجام نخواهد شد. استفاده از دستگاههای با طرحهای دیگر شاید برای بیمارستانها مناسب ترباشد.

• محدود نمودن استفاده از صرفه گردهای هوایی با نقطه شبنم

بهره بردای از رطوبت گیرها و رطوبت زنها هزینه بسیار بیشتری نسبت به سیستمهای سرمایش در بر خواهد داشت. این شاید دلیلی اقتصادی برای محدود نمودن استفاده از صرفه گرهای هوایی (با نقطه شبنم هوای تازه) باشد. نباید از هوای تازه برای سرمایش ساختمان استفاده نمود، مگر آنکه رطوبت موجود در آن نسبت به رطوبت مخصوص مورد نظر هوای داخل پایین باشد.

به عبارت دیگر، در فصول مرطوب مانند تابستان، اواخر بهار و اوایل پاییز، سیستم اتوماسیون ساختمان نباید از هوای تازه اضافی برای سرمایش ساختمان استفاده نماید، مگر آنکه نقطه شبنم هوای تازه پایین تر از نقطه شبنم هوای داخل باشد. در غیر اینصورت هوای تازه بار رطوبت گیری پر هزینه را افزایش خواهد داد.

در فصول سرد مانند زمستان، اواخر پاییز و اوایل بهار،مقرون به صرفه ترین روش کنترل برای یک صرفه گر در وضعیتهای مختلف فرق می کند. در بسیاری از موارد شاید منطقی باشدکه با کاهش یافتن نقطه شبنم هوای خارج به میزان کمتر از نقطه شبنم هوای داخل، مقدار هوای خارج را کاهش داد. از سوی دیگر، در برخی از ساختمانها استفاده از هوای اضافی سرد و خشک باعث جلوگیری از به کار افتادن چیلرها در تمام فصل خواهد شد. در این حالت، شاید از نظر اقتصادی به صرفه باشد تا پول بیشتری برای عملکرد رطوبت زنها صرف شود؛ حتی اگر هوای خارج خیلی خشک بوده و لازم باشد مقدار زیادی رطوبت به آن افزوده شود.

در تمام ساختمانهایی که رطوبت در آنها کنترل می شود، سیستم کنترل صرفه گر باید تصمیم استفاده از هوای تازه اضافی را فقط پس از مقایسه نقاط شبنم داخل و خارج اخذ نماید(شکل12). تصمیم گیری تنها بر مبنای اختلاف دما یا انتالپی ممکن است هزینه های غیر ضروری را جهت رطوبت زنی و رطوبت گیری تحمیل کند که شاید از صرفه جویی ناشی از سرمایش آزاد بیشتر باشند.

 

منبع : مجله صنعت تاسیسات