روزرو- بهره وری در سیستم های تهویه مطبوع با حداقل انرژی برق مصرفی

وشهای نوین سیستم های سرمایش و گرمایش و تهویه /h3>

سیستم های سرمایش و گرمایش و تهویه ، بزرگ ترین مصرف کنندگان انرژی در ساختمان به شمار می روند. میزان انرژی مصرفی در خصوص تأمین آب گرم بهداشتی نیز در حدود 16 درصد است که می توان به تقریب دریافت که حدود 57 درصد انرژی صرف تأمین شرایط آسایش حرارتی و برودتی یک ساختمان می شود. این در حالی است که در کشورهای توسعه یافته، تخمین دقیق بارهای حرارتی و برودتی، استفاده از سیستم های با راندمان بالا، به کارگیری انواع ابزارهای کنترل کننده میزان مصرف انرژی و در نهایت استفاده از انواع تجهیزات و مصالح کاهنده مصرف انرژی، امری متداول و اجباری است.

راهکارهای صرفه جویی انرژی در ساختمان

1.استانداردسازی شرایط محیط بیرون با توجه به آنکه نوع شرایط هوای بیرون (میزان دما، رطوبت، جهت و میزان وزش باد) تأثیر زیادی بر تعیین بارهای سیستم های سرمایش و گرمایش و تهویه و میزان انتقال حرارت ساختمان، یا انتقال حرارت بیرون دارد، لذا لزوم استانداردسازی این شرایط و تعیین شرایط استانداردشده هوا برای تک تک شهرها و مناطق مختلف ایران دارای اهمیت ویژه ای است. برای شرایط آسایش در داخل ساختمان، میزان انرژی گرمایشی در حالت استانداردشده حداقل 15 درصد و مقدار انرژی سرمایشی در حدود 21 درصد کمتر از حالت متداول است.
2.شرایط مربوط به معماری و فیزیک و مصالح ساختمان نوع جهت گیری جغرافیایی ساختمان، قابلیت ساختمان به منظور بهره گیری از انرژی خورشید، طراحی ساختمان با کمترین سطح خارجی، استفاده از عایق ها در دیوارها، کف و سقف، به کارگیری انواع شیشه های دو یا چند جداره، درزبند کردن انواع بازشوها و کل ساختمان و پایین آوردن میزان نفوذ هوا، درزبندی کانال های هوایی و … ازجمله مواردی هستند که به کاهش بارهای سرمایشی و گرمایشی ساختمان کمک شایانی می کنند. هر چه راندمان ساختمان در این مورد بیشتر باشد، سیستم های تأسیساتی کوچک تر و بالطبع هزینه های انرژی مصرفی نیز کاهش می یابد.
3.تخمین صحیح سیستم های سرمایش و گرمایش و تهویه تعیین سایز صحیح تجهیزات سیستم های سرمایش و گرمایش و تهویه ساختمان های مسکونی، کلید مهمی برای رسیدن به شرایط مناسب آسایش داخل ساختمان و کاهش مصرف هزینه های اولیه و جاری اینگونه سیستم هاست. هنگامی که میزان انرژی بالاتر از حد موردنیاز تخمین زده می شود، میزان هزینه های اولیه افزایش یافته و به این طریق، راندمان کلی کاهش می یابد.
در شرایط آب و هوایی مرطوب، تخمین دقیق دستگاه ها اهمیت بیشتری می یابد. چراکه انتخاب دستگاه های بزرگ باعث کوتاهی فاصله زمانی روشن و خاموش شدن دستگاه ها شده و این امر کنترل اندک رطوبت را در پی خواهد داشت. از طرف دیگر روشن و خاموش شدن مکرر و بسیار زیاد، باعث کاهش راندمان کل سیستم نظیر دستگاه های تهویه مطبوع، بویلر و پمپ و … شده و خرابی این گونه دستگاه ها را موجب خواهد شد. در دستگاه های هوایی استفاده از تجهیزات با ظرفیت های بالا موجب به کارگیری فن های بزرگ تر و افزایش نشتی از کانال های هوا به واسطه افزایش فشار داخل کانال شده که این امر تأثیر بسزایی در افزایش مصرف انرژی و کاهش راندمان کلی دارد. همچنین انتخاب تجهیزات بزرگ تر موجب افزایش مصرف انرژی در روزهای بسیار گرم تابستان و بسیار سرد زمستان می شود. که در این خصوص، آمارها نشان می دهد سیستم هایی 50 درصد بزرگ تر از حد موردنیاز در حدود 13 درصد مصرف انرژی بیشتری دارند.
4.بهسازی سیستم های سرمایش و گرمایش و تهویه به منظور انتخاب سیستم های سرمایش و گرمایش و تهویه مناسب باید در گام اول به دنبال بهترین اجزاء ازنظر راندمان عملکردی بود. در گام بعدی باید به این نکته توجه کرد که باوجود انتخاب اجزای مناسب، ممکن است اندرکنش این اجزا با یکدیگر موجب دور شدن از راندمان مناسب شود. به عنوان مثال، چیلرها (حتی درصورتی که از نوع با راندمان بالا نیز انتخاب شوند) برای کارکرد با راندمان بالاتر باید آب خنک تری را از برج خنک کن دریافت کنند. که این امر با مصرف انرژی بیشتر توسط فن موجود در برج خنک کن محقق می شود. مثال فوق نشان می دهد که علاوه بر اهمیت و لزوم استفاده از اجزای سیستم های سرمایش و گرمایش و تهویه با راندمان بالا، لازم است بهینه سازی انرژی مورداستفاده توسط جمیع این اجزا و اندرکنش آنها نیز موردتوجه قرار گیرد.
5.سیستم های سرمایشی مرکزی هر سیستم سرمایشی شامل اجزای مختلفی است که باید به نحوی با یکدیگر کار کنند که راندمان کل به بالاترین حد خود برسد. پیشرفته کردن هر سیستمی در حالت کلی به افزایش راندمان اجزا و با شرط جامع نگری در کاهش مصرف انرژی بستگی دارد. چیلر تراکمی به چهار دسته سانتریفیوژ، مارپیچی، حلزونی و رفت و برگشتی تقسیم بندی می شوند که برای هرکدام از ایشان کاربردهای خاصی نیز متصور است. در حالت کلی در چیلرهای قدیمی به ازای هر تن تبرید تا حدود یک کیلووات برق مصرف می شد که امروزه با پیشرفت های حاصله در زمینه ساخت انواع چیلر به ازای هر تن تبرید فقط 45/. کیلووات برق مصرف می شود.
6.پیشرفته کردن برج های خنک کن در سیستم های سرمایشی مرکزی، گرما باید به محیط بیرون انتقال داده شود که برج های خنک کن این وظیفه را بر عهده دارند. برج های خنک کن در حقیقت یک مبدل حرارتی بزرگ بوده که وظیفه انتقال حرارت را از کندانسور سیستم سرمایشی به بیرون در تماس آب (به صورت پاششی یا ثقلی) با هوای بیرون را برعهده دارند. جریان هوای موردنیاز معمولاً از طریق فن های سانتریفیوژ یا محوری تأمین می شود. اگر فن در انتهای پایین برج نصب شود برج خنک کن از نوع فشاری و اگر فن در بالای برج نصب شود، به آن برج خنک کن مکشی می گویند.
متداول ترین نوع برج خنک کن، نوع مکشی است که ازنظر عملکردی دارای راندمان بهتری نسبت به نوع دیگر است. لکن نوع فشاری دارای صدای کمتری بوده و جای کمتری را نسبت به نوع مکشی اشغال می کند. در هر دو نوع برج های خنک کن، هدف افزایش نرخ انتقال حرارت از آب به هواست. که این امر با اضافه تر شدن سطح تماس بین آنها امکان پذیر است. به همین دلیل، این سطوح همواره در معرض تشکیل رسوب، خوردگی و رشد میکروارگانیزم ها بوده که درنهایت تأثیر مخرب و کاهنده ای بر روی عملکرد برج خنک کن و در نهایت سیستم سرمایشی دارد. امروزه از مواد شیمیایی، سیستم های تولیدکننده ازن، سیستم های مغناطیسی برای جلوگیری از خرابی برج های خنک کن استفاده می شود یکی دیگر از بهسازی ها در زمینه بهبود راندمان برج های خنک کن، استفاده از فن های دور متغیر به جای فن های دور ثابت است. به این معنا که به جای نصب فن های بزرگ در مواقع پیک بار، از فن های دور متغیر استفاده می شود تا بتواند در دورهای پایین تر نیز به آسانی کار کند. چراکه قدرت فن با توان سوم دبی تغییر می کند. یعنی در صورت کاهش 20 درصد دبی فن، میزان توان فن و انرژی الکتریکی ورودی به آن 49 درصد مقدار توان اولیه کاهش پیدا می کند.
7.سیستم گرمایش مرکزی دیگ های به کاررفته در سیستم های گرمایشی قدیمی در بهترین حالت دارای راندمانی در حدود 65 درصد تا 75 درصد هستند که تنظیم نشدن دقیق، خرابی ها و مشکلات متعدد راندمان اینگونه سیستم ها را به کمتر از 50 درصد می رساند. درصورتی که امروزه پیشرفت های حاصله در زمینه تولید دیگ ها، رسیدن به راندمانی در حدود 85 درصد تا 95 درصد را ممکن ساخته است. در حالت عملی می توان در سیستم های متداول گرمایشی در حدود 10 درصد تا 30 درصد در مصرف انرژی گرمایشی با رعایت دو شرط استفاده از بویلرهای با سایز مناسب و استفاده از سیستم های نوین گرمایشی و سرمایشی قابل حصول است.

تهویه مطبوع

تهویه مطبوع در ساختمان

سیستم های تهویه مطبوع یا Air Conditioning Systems که با حروف مختصر AC نیز خوانده میشوند معمولاً به سیستم هایی گفته میشود که به جز سرمایش و گرمایش مناسب، تهویه و رطوبت لازم را نیز فراهم آورد. هدف در این سیستم ها تأمین شرایط آسایش برای ساکنان ساختمان است تا در هوای گرمی که همه نقاط دنیا را به تسخیر خود درآورده، آسوده تر به فعالیت های روزانه و کاری خود بپردازند و در هوای سرد از سوز و سرمای بیرون مصون بمانند.ساختار سیستم تهویه مطبوع هر سیستم تهویه مطبوع با هر میزان بزرگی و در هر مکانی دارای چهار بخش مجزاست.
نخست منبعی که سرمایش و یا گرمایش را تأمین میکند؛ چیلرها، بویلرها و برج های خنک کننده چنین وظیفه ای را بر عهده دارند.
بخش دوم توزیع است که گرما و سرما را از منبع به فضاهای موردنیاز از طریق کانال ها و داکت ها، لوله ها و پمپ ها منتقل میکند.
وظیفه تحویل را فضاهای تعبیه شده و ترمینالی بر عهده دارند، تجهیزاتی مانند رادیاتورها، فن کویل ها و دیفیوزها. مضاف بر این سه بخش اصلی المان های کنترلی نیز در تنظیم کارکرد تجهیزات و سیستم های آسایشی نقش مهمی دارند و وظیفه ایمنی و مصرف بهینه انرژی را هم دارند.در سیستم های مرکزی این چهار بخش در نقاط مختلف ساختمان پراکنده هستند درحالیکه در سیستم های مجزا همه این بخش ها در یک خانه قرارگرفته و در موارد کوچک تر این بخش ها در یک دستگاه قرار دارد.
انتخاب سیستم تهویه از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است و سازندگان و مالکان ساختمان در انتخاب آن میبایست نکاتی را رعایت کنند. کارکرد سیستم، درجه آسایش موردنظر، ظرفیت سیستم، جانمایی و اشغال فضا، هزینه های اولیه، هزینه های بهره برداری مانند هزینه آب، برق، گازوئیل و تعمیر و نگهداری، انعطاف پذیری سیستم و فضای مورد پوشش ازجمله مواردی است که میبایست در نظر گرفته شود.

انواع سیستم های تهویه مطبوع

سیستم های تهویه مطبوع به چهار نوع تمام هوایی، هوا-آب، تمام آبی، تمام مبرد یا انبساط مستقیم DX تقسیم میشوند. در سیستم تمام هوایی هوای گرم یا سرد از دستگاه مرکزی توسط داکت ها منتقل و هوا را از طریق پخش کننده ها در اتاق ها توزیع میکند. سیستم هایی مانند کولرآبی، ایرواشر، هواساز ازجمله سیستم های تمام هوایی هستند. بااینکه در این سیستم ها هزینه تجهیزات کم است اما به دلیل هزینه کشیدن کانال ها، اجرای آن سخت و پرهزینه است مضاف بر آن کنترل دما و هوای گرم و یا سرد خروجی در این سیستم ها دشوار است و سیستم کارایی انرژی مناسبی ندارد.مهم ترین مزیت این سیستم ها امکان نگهداری آن در فضای غیرمسکونی است و تجهیزات تولید صدا در بیرون قرار میگیرند و صداهای احتمالی نیز از طریق عایق صوتی در داکت ها و کانال ها گرفته میشوند. کیفیت هوای داخل در این سیستم ها بهتر است و در مناطق خشک هوای مرطوب را به ساکنان میرساند. مزیت دیگر این سیستم ها امکان تغییر فصلی ساده تر در آن است.
سیستم های تهویه مطبوع هوایی به دو نمونه تقسیم میشوند: سیستم های با حجم هوای ثابت (حجم هوای ورودی به فضا ثابت) و سیستم های با حجم هوای متغیر (کنترل گرمایش و سرمایش با ثابت نگه داشتن دمای هوای ورودی و تغییر حجم هوا).سیستم های هوا آبیدر سیستم های هوا آبی تهویه به وسیله توزیع همزمان آب وهوا به ترمینال های نصب شده در فضاها صورت میگیرد. هوا و آب در اتاق مکانیک مرکزی گرم یا سرد میشوند و بعد از چرخش به سمت اتاق مقصد روانه میشود. چگالی آب نسبت به هوا بیشتر است و ظرفیت حرارتی بالاتری دارد، به این دلیل به لوله هایی با سطح مقطع کوچک تر از داکت (در سیستم های تمام هوایی) نیاز است. بخش زیادی از بار گرمایشی و سرمایشی به وسیله بخش آبی تأمین میشود درنتیجه نیاز به کانال های توزیع در این سیستم کمتر است که موجب صرفه جویی در فضای ساختمان میشود.
سیستم هواساز در یک سیستم هوا-آبی نسبت به سیستم هوا کوچک تر است و میتوان از بخش های مختلف و جداگانه برای تأمین سرمایش و گرمایش استفاده کرد درنتیجه در ساعات مختلف یا ساعات غیرمسکونی میتوان نیازهای گرمایشی را تنها به وسیله آب و بدون استفاده از هوای مرکزی تأمین کرد.مشکل این سیستم این است که در فصل گذار اجرای کارهای تغییر فصلی بسیار مشکل است و به مجریان ماهر نیاز دارد. کنترل سیستم های هوا-آب پیچیده تر از سیستم های تمام هواست و امکان کنترل کامل رطوبت وجود ندارد.سیستم تمام آبدر سیستم تمام آبی سرمایش و گرمایش به وسیله آب سرد و یا گرم از سیستم های مرکزی به ترمینال ها منتقل میشود. انتقال حرارت به وسیله جابه جایی اجباری و یا طبیعی انجام میگیرد و آب گرمایش را میتوان از شبکه لوله کشی مورداستفاده برای آب سرد و در تابستان و یا سیستم مجزای لوله کشی تأمین کرد.این سیستم ها نسبت به دو نمونه پیشین نیاز به فضای بسیار کمتری برای اجرا دارند. دلیل آن نیز در چگالی کمتر آب و بار دمایی بیشتر آن است. این خصیصه موجب شده که سیستم های آبی بازدهی و کارایی بیشتری داشته باشند و همچنین سیستم فضای کمتری را اشغال میکند. از دیگر مشخصات سیستم تمام آبی اینکه به دلیل استفاده از آب کم دما برای گرمایش، سیستم های تمام آب برای گرمایش خورشیدی و یا کاربردهای بازیافت مناسب است.این سیستم ها به تعمیر و نگهداری زیادی نیاز دارد و بخشی از آن نیز به دلیل قرارگیری ترمینال ها درون فضای مسکونی قرار دارد. به همین دلیل باید در تمیزکرد دوره ای این سیستم ها دقت نظر زیادی داشت. در تابستان ها رطوبت نسبی فضا در سیستم های آبی بالا میرود مخصوصاً وقتیکه از شیرهای تنظیم آب سرد برای تنظیم دمای داخل اتاق استفاده شده باشد.سیستم انبساط مستقیم DXدر سیستم انبساط مستقیم یا سیستم های تمام مبرد هوای موردنیاز برای سرمایش فضا به صورت مستقیم به وسیله مبرد موجود در کویل های سرمایشی سیستم هواساز سرد میشود. ازآنجاکه هوا به صورت مستقیم به وسیله مبرد سرد میشود کارآیی سرمایش در سیستم های DX بالاتر است. البته همیشه اجرای لوله کشی مبرد به فواصل دور امکان پذیر نیست و سیستم های سرمایش مرکزی انبساط مستقیم و یا DX تنها در ساختمان های کوچک و یک طبقه انجام میگیرد، کولرهای گازی و اسپلیت ها ازجمله موارد سیستم های انبساط مستقیم هستند. این سیستم ها نیاز به تعمیر و نگهداری داشته و از مصرف برق بالایی نیز برخوردارند. گرچه در آنها امکان کنترل دمای خروجی امکان پذیر است اما کیفیت هوای خروجی اغلب مناسب نیست.

تهویه مطبوع ساختمان های مسکونی چند واحدی

تهویه مطبوع ساختمان های مسکونی چند واحدی : تجهیزات سرمایشی و گرمایشی در منازل مسکونی که به صورت مجتمع های چند واحدی یا آپارتمان های چندطبقه ساخته می شوند معمولا مشابه ساختمان های تک واحدی هستند. استفاده از سیستم مجزا برای هر واحد این امکان را می دهد که کنترل هر واحد به صورت مستقل انجام شود و مقدار انرژی مصرفی هر واحد را بتوان اندازه گیری کرد.

سیستم های مرکزی با جریان اجباری هوا :

در ساختمان های مرتفع چند واحدی نیز می توان از تجهیزات سرمایشی و گرمایشی به کاربرده شده در ساختمان های تک واحدی استفاده کرد. این تجهیزات می توانند در داخل اتاق تجهیزات هر آپارتمان یا در فضای زیر پله ها یا بالای سقف کاذب و یا انباری نصب شوند. از کوره های کوچک هوای گرم مناسب برای ساختمان های مسکونی نیز می توان استفاده کرد ولی باید پیش بینی های لازم برای تأمین هوای احتراق و تخلیه محصولات احتراق به عمل آید. برای تخلیه محصولات احتراق می توان از چندین دودکش یا از یک سیستم دودکش مانیفولدی استفاده کرد. قبل از اتخاذ تصمیم باید مقررات محلی موجود در این مورد را نیز در نظر گرفت.
روش دیگری که برای تهویه مطبوع ساختمان های مسکونی چند واحدی نیز قابل استفاده است، سیستم ترکیبی گرمایش آب مصرفی/گرمایش فضا است که در آن از آب درون مخزن ذخیره آبگرم مصرفی برای گرمایش فضا استفاده می شود. در این سیستم آب از یک مخزن ذخیره به کویل آبی موجود در دستگاه تغذیه هوا گردش می کند. برای سرمایش این فضاها می توان از یک دستگاه تهویه مطبوع دو تکه که اپراتور آن درون دستگاه انتقال دهنده هوا است استفاده کرد.

سیستم های مرکزی با آب :

استفاده از واحدهای سرمایش و گرمایش انحصاری در ساختمان های مرتفع همیشه میسر و عملی نیست. در چنین مواردی از سیستم های مرکزی استفاده می شود. در آپارتمان های مرتفع به طور گسترده از سیستم های مرکزی با آب در نوع دو لوله ای یا چهار لوله ای استفاده می گردد. هر واحد مسکونی دارای دستگاه های تهویه مطبوع اتاقی و یا فن کویل های کانالی مختص به خود است. سیستم های چهار لوله ای انعطاف پذیرترین سیستم آبی با کمترین هزینه بهره برداری است که با آن می توان برای هر واحد مسکونی سرمایش و گرمایش لازم را تأمین کرد.
سیستم های دو لوله ای انعطاف پذیری کمتری دارند و به وسیله آنان نمی توان سرمایش و گرمایش هم زمان را تأمین کرد. چنین محدودیتی باعث بروز مشکل در طی فصول پاییز و بهار که برخی از آپارتمان های یک مجموعه نیاز به گرمایش و سایر آپارتمان ها (به دلیل وجود بارهای داخلی) نیاز به سرمایش دارند، می شود. این مشکل را می توان با استفاده از سیستم دو لوله ای برای تأمین سرمایش و استفاده از گرم کن الکتریکی برای فضاهایی که نیاز به اندکی گرمایش دارند مرتفع ساخت.

واحدهای دیواری :

واحدهای تهویه مطبوع ، پکیج های تهویه مطبوعی که در فضای موردنظر نصب می شوند و پمپ های حرارتی یکپارچه بیشترین انعطاف پذیری را برای اتاق ها فراهم می کنند. در هر اتاقی که دارای دیوار خارجی باشد می توان از این واحدها استفاده کرد. در بازسازی ساختمان های قدیمی معمولا ازاین گونه تجهیزات استفاده می کنند زیرا نیازی به اصلاح سیستم های لوله کشی و کانال کشی ندارند.

سیستم پمپ حرارتی با مدار آبی :

در ساختمان های دارای ارتفاع متوسط یا زیاد که در مناطق میانی آن ها، بارهای داخلی زیاد است و در تمام سال نیاز به سرمایش دارند، می توان از سیستم پمپ حرارتی با مدار آبی استفاده کرد. این سیستم دارای کنترل و انعطاف پذیری بیشتری از سیستم های چهار لوله ای است ولی در آن فقط دو لوله وجود دارد. در این سیستم می توان مقدار انرژی ورودی به هر آپارتمان را اندازه گیری کرد و فقط هزینه های تأسیسات عمومی (از قبیل پمپ های گردش آب ، برج خنک کن و دیگ) مشترک خواهد بود. برای صرفه جویی اقتصادی می توان به جای دیگ از انرژی خورشیدی نیز استفاده کرد.