مرکز دانش صنعت تاسیسات

در اوايل دهه ي 1990، فضاهاي داخلي معمولي با استفاده از اختلاف دماي «تغذيه به فضا» ي معادل F 20، براي بارهاي اوج 0.8 تا 1.0cfm به ازاي فوت مربع طراحي شده بودند. مقادير هواي تغذيه براي بار ناشي از حضور افراد، با روشنايي و همچنين بار دستگاه هاي موجود، تا اواخر دهه ي 1990 يعني زماني كه پيشرفت هاي قابل توجهي در زمينه ي روشنايي به وجود آمد و كاهشي 30 تا 40 درصدي را باعث گرديد، تقريبا ثابت باقي ماند. فضاهاي جديد و بازسازي شده با استفاده از سيستم هاي روشنايي پيشرفته و همچنين بار كاهش يافته ي نمايشگرهاي LCD، مي توانند در شرايط اوج سرمايشي بين 0.35 تا 0.4cfm به ازاي هر فوت مربع كاهش ايجاد نمايند.

اما در اين مقدار پايين cfm به ازاي فوت مربع، مشكل آغاز مي گردد. برنامه ريزي در اين زمينه كار ساده اي نيست، زيرا موارد صرفه جويي در انرژي روشنايي و تجهيزات رايانه اي، تنها با گذشت زماني طولاني از مرحله تكميل طراحي و ساخت امكان پذير خواهد بود. اغلب ديفيوزها قادر نيستند 0.4cfm به ازاي فوت مربع هواي تغذيه را به مقدار كافي براي پوشش دهي مناسب محل مورد نظر تامين نمايند.

هواي كم سرعت به مقدار كافي در محيط پراكنده نشده و فقط در همان راستا به سمت پايين حركت خواهد كرد. بنابراين افرادي كه زير دريچه هاي هواي تغذيه قرار مي گيرند احساس سرما كرده و ديگران، هيچ حركت هوايي در اطراف خود نداشته و بنابراين احساس گرما و كلافگي خواهند كرد. شكل (2) عملكرد يك دريچه ي سوراخ دار معمولي را در 1.1cfm در هر فوت مربع نشان مي دهد. هواي سردتر از سمت سقف حركت كرده و با هواي گرم مخلوط مي شود. در ارتفاع 6 فوتي، دماي هوا F75 است. اثربخشي تهويه مي تواند رفاه مناسب را در فضاي مورد نظر حفظ نمايد. شكل (3) عملكرد همان ديفيوزر را در 0.5cfm به ازاي فوت مربع حركت كرده و با هواي 0.35cfm در هر فوت مربع، شرايط بدتر مي شود.

يك سيستم حجم هواي متغير (VAV) مي تواند به كمتر از 20.0cfm بر هر فوت مربع در بارهاي كاهش يافته نياز داشته باشد. تنها انواع معدودي از ديفيوزرهاي القاي بالا/ دماي پايين و ديفيوزرهاي چند شبكه اي قابل تنظيم مي توانند در اين مقدار جريان هوا، شرايط مناسب را تامين نمايند و البته اين نوع ديفيوزرها در بسياري از ساختمان هاي اداري نصب نشده اند. در اختلاف دماي F20 و جريان هواي 0.35cfm در فوت مربع، يك ديفيوزر 150cfm بايستي 430 فوت مربع را پوشش دهد كه حداقل 10 فوت فضاي موثر پراكنش براي ديفيوزر چهار جهته مورد نياز خواهد بود. در 75 درصد بار (112 cfm)، همان ديفيوزر نياز به پراكنش بين 9 تا 10 فوت خواهد داشت. دريچه هاي خطي و برخي دريچه هاي القاي بالا، جزو معدود ابزارهايي هستند كه اين الزامات را برآورده مي سازند. اگر توزيع هو در نظر گرفته نشود، اولين نشانه ي بروز مشكل در ساختمان هايي كه از انرژي پاييني استفاده مي كنند، وجود شكاياتي در مورد سرد و گرم بودن يك محل خاص خواهد بود. مشكلات جدي تري نيز در نواحي گرم تر و داراي تابستان هاي مرطوب ديده مي شود (دماهاي حباب تر طراحي بالاتر از C76). با كاهش گرماي محسوس تا 50 درصد يا بيشتر، بار نهان تبديل به بخش بزرگ تري از كل گرماي توليد شده در فضا خواهد شد. بارهاي داخلي امروزي مي توانند نسبت گرماي محسوس (SHR) بين 85 تا 90 درصد داشته باشند. كاهش توليد گرما در سيستم هاي روشنايي و تجهيزات موجود در محل مي تواند اين مقدار را به 65 تا 75 درصد كاهش دهد. نيمي از هواي تغذيه براي فضاي معمولي امروزي، هنوز هم به مقدار مشابهي از هواي خارج نياز دارد. مقدار 20 cfm هواي خارجي به ازاي هر نفر و يك نفر به ازاي 100 فوت مربع، معادل حداكثر 0.2 cfm به ازاي فوت مربع هواي خارجي خواهد بود. در مقايسه با مقادير 0.35 تا 0.4cfm بر فوت مربع كه براي سرمايش فضا مورد نياز است، درصد هواي خارجي از 25 تا 35 درصد به 50 درصد يا بيشتر افزايش مي يابد. يك سيستم VAV با استفاده از معادله 1-6 از ANSI/ASHRAE Standard 60-2001 با نام «تهويه براي كيفيت هواي داخلي قابل قبول»، اگر هر ناحيه اي در جريان كاهش يافته باشد. معمولا بين 80 تا 100 درصد هواي خارجي الزام مي نمايد. درصد بالاتر نسبت هواي خارجي، مقدار بار نهان بر روي كويل هاي خنك هاي كننده را افزايش داده و مقدار SHR را بيش از پيش كاهش خواهد داد. كويل هاي خنك كننده با شرايطي روبرو خواهند شد كه در آن شرايط، نمي توانند رطوبت را از هوا بزدايند. يك كويل محاسبه شده براي 80 درصد SHRنخواهند توانست با افت SHR رطوبت هوا را بزدايد (در بارهاي سطحي خنثا، بار محسوس و SHR بيشتر افت مي كنند).

به خصوص كويل هاي آب سرد، بدون بار گرماي محسوس براي زدايش گرماي نهان، آسيب پذيرترند. شكل (4) بارهاي اوج يك ساختمان با مساحت 48000 فوت مربع با 100 فوت مربع به ازاي هر نفر، چگالي جمعيتي 80 درصدي و تنوع هواي خارجي 20 cfm به ازاي هر نفر و 3.3w روشنايي و مصرف تجهيزات در هر فوت مربع را نشان مي دهد.

كويل خنك كننده كه براي براي تطابق دقيق با بار موجود انتخاب شده است، داراي 11 درصد ظرفيت نهان اضافي است. در 1.8w به ازاي فوت مربع، ظرفيت كويل 8 درصد كمتر از مقدار مورد نياز براي برآورده ساختن نياز بار نهان است. سطوح رطوبت نسبي بالاي 60 درصد كاملا محتمل به نظر مي رسد. در شرايط سردتر، مي توان سطح بالاي رطوبتي را انتظار داشت.

تمام مشكلات رطوبتي مربوط به ميزان بالاي رطوبت مي تواند در اين شرايط در ساختمان آغاز شده و گسترده شود. غير از هواي خشك زمستاني، شرايط معدودي وجود دارد كه مي تواند هواي ساختمان را خشك نگه دارد. سيستم HVAC در اين شرايط مي تواند منشا بروز مشكلاتي از قبيل رشد قارچ و كپك ها و ديگر مشكلات كيفيت هواي داخلي گردد.

گام هاي آينده

مسلم است كه مالكان ساختمان ها به نوسازي سيستم هاي روشنايي براي پايين آوردن هزينه هاي انرژي ادامه خواهند داد. تعداد ساختمان هاي اداري از اواخر 1970 تا اوايل 1990 كه مي توانند بين 0.5 تا 1.5w بر فوت مربع صرفه جويي نمايند، بسيار زياد است. ساختمان هاي جديد نيز با پيدايش روش هاي جديد روشنايي و لامپ هاي پيشرفته تر و كم مصرف تر، شاهد ميانگين 1.0w بر فوت مربع خواهند بود. نمايشگرهاي        LCD در چند سال آيند به صورت نمايشگرهاي استاندارد براي رايانه ها درخواهند آمد. طبق بررسي هاي انجام شده، فروش نمايشگرهاي رايانه اي در سال 2000 در ايالات متحده به 100 ميليون دستگاه بالغ گرديده است. اگر مصرف برق اين دستگاه ها با استفاده از صفحات LCD به 80w به طور ميانگين كاهش پيدا كند، 8000 مگاوات تقاضاي انرژي الكتريكي در شبكه برق كاهش خواهد يافت. اين مقدار، شامل برق مورد نياز براي سيستم هاي سرمايشي نمي گردد. پس طراح بايد به چه صورت برنامه ريزي هاي خويش را انجام دهد؟ اگر بارهاي معمولي امروزي مورد استفاده قرار گيرند، يك نوسازي سيستم روشنايي يا يك تصميم گيري توسط بخش فناوري اطلاعات يك سازمان مي تواند نيازهاي سرد كردن هواي خارجي را كاهش داده و منجر به بروز مشكلاتي كه قبلا ذكر شد گردد. براي حل اين مشكلات يا اجتناب از آن ها، بايد روش هاي جديد توزيع هوا مورد اشاره قرار گيرند. بالا بردن دماي هوا تغذيه مي تواند ميزان cfm به ازاي هر فوت مربع را كه براي ابزارهاي معمولي تر توزيع هوا مناسب تر است، افزايش دهد. اما نقاط ضعفي نيز در اين بين وجود دارد. ديفيوزرها و دريچه هاي خطي و القاي بالا، جزو معدود ابزارهاي نصب شونده روي سقف هستند كه مي توانند هوا را به شكلي موثر با ميزان پايين cfm بر فوت مربع توزيع كنند. با بالاتر رفتن دماي تغذيه، ديفيوزهاي VAV مي توانند پراكنش نسبتا ثابتي را در محدوده ي وسيعي از جريان ها ايجاد نمايند. تهويه نيمه جابجايي با استفاده از توزيع هواي زير كف براي ساختمان هاي جديد انتخاب جذابي به شمار مي آيد.

دريچه هاي تغذيه هوا مي توانند براي هر فرد نصب شوند. نرخ هاي تهويه در اين روش، در موثرترين مقدار خود تنظيم مي شوند. اين سيستم هاي در حال حاضر از هواي تغذيه ي گرم تر استفاده مي كنند، اما تحقيقات بيشتري لازم تا مشخص شود آيا بار گرمايي كافي براي به حركت درآوردن هوا در نواحي حضور افراد در بارهاي پايين مصرفي توسط دستگاه ها وجود دارد يا خير. روش هاي رطوبت زدايي براي دماي افزايش يافته ي هواي تغذيه و SHR پايين بايستي در نظر گرفته شود. درصدهاي بالاتر هواي بيرون و فقدان رطوبت زدايي كافي مي تواند مشكل آفرين باشد. راه حل هايي كه براي اين مشكل مي توان متصور شد، در ساختمان هاي مختلف متفاوت است. پيش پردازش هواي خارجي (رطوبت زدايي)، توزيع مستقل هواي خارجي، كويل هاي خنك كننده ي جديد و لوله هاي گرمايي و يا روش هاي گرمايش مجدد و رطوبت زدايي ديگر، مي توانند در اين رابطه در نظر گرفته شوند. سيستم هاي حسگر دي اكسيد كربن مي تواند تاثير هواي خارجي را به حداقل رسانده و در عين حال، نرخ تعويض هواي خارجي را در حد مناسبي حفظ نمايد.

روش هاي تهويه طبيعي، يا به صورت جريان كاملا طبيعي و يا به صورت تهويه فعال نيز، به خصوص در آب و هواي خشك، روش مناسبي به شمار مي آيد. يكي از پيشرفت هاي نويدبخش، پيدايش سيستم هواي خارجي اختصاصي است. چون مقادير هواي خارجي و هواي تغذيه تقريبا برابر هستند، يك سيستم هواي خارجي 100 درصد با امكان بازيافت گرما و كنترل رطوبت مي تواند پردازش هواي مورد نياز را تقريبا در تمام فضاها ايجاد نمايد.

نتيجه گيري

وضعيت بازار امروزي به سرعت در حال تغيير است و ما شاهد شروع يك تغيير بزرگ در بارهاي ساختماني هستيم. تا زماني كه روش هاي روشنايي بسيار كم مصرف و سيستم هاي رايانه اي با مصرف انرژي پايين تبديل به سيستم هاي رايج گردند، مالكان، طراحان و پيمانكاران تا حدودي دچار سردرگمي خواهند بود. ساختمان هاي تجاري فعلي و ساختمان هايي كه در حال طراحي مي باشند و يا آن هايي كه در حال حاضر مراحل ساخت را با استفاده از استانداردهاي امروزي مي گذرانند، ممكن است در نوسازي هاي آينده دچار مشكلاتي شوند. طراحان بايد در مورد آنچه كه مي توان براي بهبود سيستم هاي و ساختمان ها انجام داد، آگاهي لازم را داشته باشند.

مالكاني كه كار خود را با هدف به حداقل رساندن مصرف داخلي انرژي آغاز مي كنند، بايستي طرح هايي را به كار گيرند كه با آنچه كه امروزه متداول است، بسيارمتفاوت باشد. خوشبختانه بسياري از طرح هاي جديد در آينده عموميت يافته و در نهايت هزينه ي آن ها از روش هاي امروزي كمتر خواهد شد.

كاهش هزينه انرژي ساختمان در زمستان

قيمت حاملهاي انرژي مداوما در تمامي كشورهاي جهان در حال افزايش است كه به تبع آن هزينه عملياتي تاسيسات گرمايشي و سرمايشي ساختمانها نيز همه ساله فزوني مي يابد. بدين لحاظ مالكان يا مديران ساختمانها براي كاهش مصرف انرژي قبل از اين كه هزينه آن از حد تحمل فراتر رود بايد چاره اي بيانديشند. البته براي به حداقل رساندن مصرف انرژي الزاما بايد در مراحل طراحي و اجراي ساختمان و تاسيسات اصول و ضوابط مشخصي را رعايت كرد. اما در مورد بناهاي موجود كه قبلا ساخته شده اند چه مي توان كرد؟

پي نوشت:

1- Semidisplacement Ventilation

2- Setback

3- Night Setback

4- Thermal Inertia

5- stack Effect

منبع:

1- Wikins, C., & Honsi, M.H. (2000). Heat gain from office equipment. ASHRAE Joumal, 42, pp. 33,35,36,38,40,42,44.