تهویه مطبوع ساختمان و راهکارهای کاهش مصرف انرژی در ساختمان

تهویه مطبوع  ساختمان و راهکارهای کاهش مصرف انرژی در ساختمان

یکی از مهمترین بخش های هر ساختمان را می توان بخش تهویه مطبوع آن دانست. این بخش دقیقا می تواند بروی رفاه و آسایش انسان بسیار تاثیر گذار باشد چرا که در واقع عمل هوا رسانی چه برای فصول سرد و چه برای فصول گرم برای مکان های مختلف امری بسیار مهم و ضروری می باشد و شاید برای همین است که امروزه مبحث تهویه مطبوع ساختمان نسبت به گذشته بسیار به آن به صورت علمی و عملی پرداخته می شود. در واقع در معنای لغوی تهویه مطبوع یعنی هوا رسانی دلپذیر واین فرآیند شاخه ای از رشته مهندسی مکانیک محسوب می شود. در واقع در بسیاری از کارخانجات نگه داری مواد غذایی مبحث تهویه مطبوع ساختمان جز مهم و لاینفک آن واحد تولیدی می باشد چرا که اگر امر هوا رسانی و تهویه خوب صورت گیرد در واقع تاثیر مثبتی بر ماندگاری بیشتر محصولات خوراکی و فاسد شدنی می گذارد. با توجه به میزان حجم هوا رسانی و در واقع میزان کیفیت مورد نیاز برای تهویه مطبوع ساختمان می بایست از دستگاه هایی با ظرفیت مناسب استفاده کرد و در طول سال نیز مورد کنترل قرار گیرند.در واقع باید بدانیم که با چه روشی می خواهیم میزان بار بروی دستگاه را تخمین بزنیم و بر این اساس می توان راندمان واقعی ان را نیز محاسبه کرد و اگر نیاز بود از دستگاهی با حجم و ظرفیت بیشتر استفاده کرد.اصولا تهویه مطبوع شامل مواردی همچون سرمایش-گرمایش-رطوبت زنی و رطوبت زدایی هوا می باشد. ما در تهویه مطبوع ساختمان باید بتوانیم سه فاکتور رطوبت و دما و سرعت جربان هوا را تحت کنترل خود داشته باشیم و با کنترل این سه فاکتور می توان امیدوار بود که هوا رسانی به نحو احسن و مطبوع صورت می گیرد.

ما ممکن است از این دستگاه در محیط های مختلف بخواهیم استفاده کنیم بر همین اساس با توجه به نوع سیال این دستگاه ها را به سه دسته تقسیم بندی می کنند که عبارتند از:

• سیستم تهویه مطبوع تمام هوا
• سیستم‌های آب و هوا 
• سیستم تهویه مطبوع تمام آب 

در سیستم تهویه مطبوع ساختمان که از مدل هوا و آب استفاده می کنند در واقع مزیت ها و معایب روش های تمام هوا و تمام آب را در خود جای داده اند.گرمایش در این سیستم ها معمولا توسط آب انجام می شود و عمل سرمایش نیز توسط هوا رخ می دهد.عمل گرمایش توسط آب نیز به دو روش مختلف می تواند در یک سیستم تهویه مطبوع ساختمان صورت بپذیرد. در روش اول گرمایش با آب گرم که دارای دمای 70 تا 90 درجه می باشد انجام می شود. و در روش دوم نیز با اب داغ همراه با فشار قرار دادن کل سیستم انجام می شود که این عمل منجر به افزایش درجه حرارت آب تا 180 درجه خواهد شد اما در سیستم تهویه مطبوع ساختمان که با روش تمام آب قصد هوا رسانی و ایجاد شرایط مطلوب را داریم باید بدانیم که نمی توانیم رطوبت هوا را با این روش تغییر دهیم اما شاید به دلیل اینکه تاسیسات آن دارای حجم کمی بوده و در نهایت هم هزینه راه اندازی آن کمتر از دیگر روش ها می باشد در بسیاری از مواقع بر دیگر سیستم ها ترجیح داده می شود. سیال ناقل در این سیستم در واقع حرارت و برودت آب است. آب در موتورخانه و یا دیگ آبگرم به درجه حرارات بالایی رسیده و برای گرمایش ساختمان در سرما مورد استفاده قرار می گیرد.عمل تهویه مطبوع ساختمان در فصل گرما نیز بدین صورت انجام می پذیرد که در موتورخانه از چیلر و یا آبسرد کن برای تهیه آب سرد کمک می گیرند واین آب به داخل کویل های مبدل حرارتی اتاق ها انتقال یافته با وجود یک فن می تواند براحتی هوا رسانی و خنک سازی محیط را انجام دهد.

در روش تهویه مطبوع ساختمان که به صورت تمام هوا صورت می گیرد مهمترین ایراد و ضعف آنرا می توان به حجم زیاد تجهیزات و کانال های انتقال هوا دانست. مانند روش تمام آب در روش تمام هوا در موتورخانه ها برای حالت سرمایی از چیلر و برای حالت گرمایی از دیگ آبگرم استفاده می کنند.برای انتقال هوای سرد و گرم تولید شده در این روش از دستگاه هایی به نام هواساز مرکزی استفاده می کنند. این دستگاه می بایست به دور از موتورخانه قرار گیرد و در محلی نزدیک به فضای مورد نظر برای تهویه هوا نصب شود. پس تا اینجا مشخص شد برای عمل تهویه مطبوع ساختمان می توان از سه روش بالا استفاده کرد که باید دید بر اساس موقعیت جغرافیایی و میزان بودجه ای که برای این کار در نظر گرفته اید کدام روش برای شما می تواند مفید تر باشد. در یک نگاه کلی اگر بخواهیم اجزای یک سیستم تهویه مطبوع:

• منابع حرارت
• منابع برودت
• مخزن انبساط
• پمپ ها
• دستگاه های رطوبت گیر  و کویل ها

همیشه مساله هوا رسانی تازه در ساختمان ها و دیگر محیط ها موضوعی بسیار مهم و حیاتی بوده چرا که به طور مستقیم می تواند بر میزان رفاه و آسایش افرادی که در آن مکان زندگی می کنند تاثیر مستقیم بگذارد. همچنین اگر قصد نگه داری مواد غذایی را در یک ساختمان دارید بحث تهویه مطبوع باید به صورت جدی تر و علمی تر دنبال شود.

سیستم های تهویه مطبوع به سه دسته کلی تقسیم بندی می شوند:

اولین مورد سیستم هایی هستند که عمل هوا رسانی و در واقع تهویه را تنها با سیال هوا انجام می دهند و معروف هستند به سیستم های تمام هوا. دومین مدل دستگاه هایی هستند که عمل تهویه مطبوع را با آب و هوا به صورت همزمان انجام می دهند و سومین مدل هم عمل تهویه را تنها با آب انجام می دهد. هر کدام از این روش ها دارای معایب و مزایای خاص خود هستند و بهتر است در این مورد اگر نیاز به مشاوره دارید حتما با یکی از شرکتهای تهویه مطبوع تماس گرفته و سوالات خود را در این زمینه جویا شوید. در زیر به صورت کلی اجزای یک سیستم تهویه مطبوع را نام خواهیم برد:
اولین بخش هر سیستم تهویه مطبوع منابع حرارت می باشد.این منابع از طریق الکتریسیته و یا مصرف سوخت تولید حرارت کرده و با توجه به نوع سیالی که برای این امر استفاده می شود به دو نوع دیگ حرارتی و کوره حرارتی نام گذاری می شوند.
بخش بعدی از یکی سیستم تهویه مطبوع منابع برودت می باشد. این منابع به صورت عمومی در سیستم های گرمایش و سرمایشی با نام چیلر شناخته می شوند و به چند مدل ضربه ای- معمولی و جذبی تقسیم بندی می شوند. در هر دو نوع سرمایش در اثر بخار شدن ماده‌ای به نام ماده مبرد که معمولاً گازی شکل است ایجاد می‌گردد.

قسمت بعدی که در سیستم های تهویه مطبوع به کار گرفته می شود مخزن انبساط است. این قسمت را می توان تنها در سیستم هایی که به صورت تمام آب استفاده می شوند یافت. در واقع وظیفه اصلی منبع انبساط کنترل تغییر حجم سیال است. باز هم به شما توصیه می کنیم هر چند مطالعات بالایی در این زمینه دارید اما در نهایت برای انتخاب نهایی حتما با یکی از شرکتهای تهویه مطبوع در این زمینه ابتدا مشاوره کرده و سپس اقدام نهایی را انجام دهید. بخش بعدی که می توان به آن اشاره کرد پمپ ها می باشند. این قسمت در واقع وظیفه به حرکت در آوردن سیال را بر عهده دارد. پمپ هایی که برای حرکت سیال مایع به کار گرفته می شوند از نوع پمپ های حلزونی شکل هستند و انهایی که برای حرکت سیال گاز مورد استفاده قرار می گیرند فن می باشند. فن ها در این دستگاه در دو مدل جریان محوری و جریان عمودی مورد استفاده قرار می گیرند. بخش بعدی که در دستگاه های تهویه مطبوع مورد استفاده قرار می گیرد دستگاه های رطوبت گیر می باشد. وظیفه این دستگاه ها همانطور که اسم آنها مشخص است گرفتن رطوبت درون هوا است.برای این منظور از یک کویل استفاده می شود. کویل‌ها در واقع محلهای تبادل حرارت در سیستم‌های سرمایش گرمایش هستند. کویل‌ها را بر اساس عملکرد می‌توان به دو نوع سرمایشی گرمایشی تقسیم کرد.

همیشه یکی از مهمترین فاکتورهایی که در ساخت تجهیزات تهویه مطبوع برای مهندسان و طراحان آن مهم بوده است این بوده که بتواند با صرف کمترین انرژی ممکن بهترین نتیجه و بازدهی را داشته باشد. در این راستا مطالعات و تحقیقات زیادی انجام شده و در سراسر جهان نیز به دستاورد های مختلفی رسیده اند. چندی پیش با تلاش محققان ایرانی خوشبختانه شاهد اخباری مبنی بر ساخت تجهیزات تهویه مطبوع در داخل کشور بودیم که با مصرف بسیار کم انرژی دارای بازدهی بسیار بالایی بوده و یم تواند در صورت تولید انبوه و استفاده در مراکز صنعتی کمک فراوانی در بالابردن راندمان کاری و صرفه جویی در مصرف انرژی شود. طراحی این طرح یکی از انگیزه های خود را طرح هدفنند کردن یارانه ها و افزایش حامل های انرژی عنوان کرد و گفت با توجه به این موضوع به این فرک افتادم تا در این زمینه نو آوری و خلاقیتی از خود نشان دهم و حاصل ان ساخت تجهیزات تهویه مطبوع شد که می تواند در حالی که بازیافت هوا را انجام می دهد در عین حال با کمترین انرژی ممکن حالت های سرمایشی و گرمایشی را برای محیط نیز فراهم نماید. طراح این پروژه افزود در کل می توان ساختار سیستم جدید را مانند سیستم های قبلی توصیف کرد با این تفاوت که در بخش های مهم و حیاتی سیستم با به کار بردن تجهیزاتی خاص کمک کرده ایم که در نهایت راندمان کاری بالا رفته و میزان مصرف انرژی کم شود.

وی اظهار داشت مدل تجهیزات تهویه مطبوع که ساخته است از نوع هوایی بوده و این بدان معنا است که سرمایش هوا در کل هوا ساز انجام می شود و برای انتقال هوا ورسیدن ان به سازه از یک کانال استفاده می شود.طراح این پروژه اشاره کرد از انجایی که در شهرهایی مانند بند عباس به دلیل گرمای بیش از حد و طوبت بالا اگر به طور معمول بخواهیم از جربان هوا برای خنک سازی استفاده کنیم چون این هوا خودش بسیار گرم است عملا می بایست به دفعات زیاد عمل تعویض هوا را انجام دهیم و همچنین کاری کنیم که این هوای گرم ابتدا خنک شده و سپس از ان به عنوان خنک سازی استفاده کنیم. کل این فرآیند باعث اتلاف انرژی بسیار زیادی خواهد شد و از اینجا بود که به فکر تجهیزات تهویه مطبوع با مصرف انرژی کمتر افتادیم. او افزود به عنوان در یک پروژه بسیار بزرگ که نیاز به یک مگا وات نیرو داشت توانستیم با استفاده از سیستم تجهیزات تهویه مطبوع جدید که طراحی و ساخته بودیم مصرف انرژی را به 540 کیلو وات کاهش دهیم و این یعنی حدود 50% صرفه جویی و سود مالی.وی اشاره کرد پروژه فوق بیشتر به در مناطق گرم و خشک کشور می خورد که تقریبا 9 ماه از سال را نیاز به سیستم های سرمایشی دارند.

به طور کلی می توان  اتلاف انرژی در تهویه مطبوع ساختمان را  به دو دسته کلی تقسیم نمود :

• اتلاف گرمایی-سرمایی
• اتلاف الکتریکی

کاهش مصرف انرژی با استفاده از سیستم حجم هوای متغیر (VAV) 

به منظور کاهش و صرفه جوئی انرژی حرارتی و الکتریکی به میزان قابل توجهی استفاده از سیستم (VAV) هوا متغیر توصیه می گردد. این سیستم از لحاظ صرفه جوئی و کاهش انرژی در سطح بالائی قرار دارد اما از لحاظ هزینه اجرا و اجناس مورد نیاز مقرون به صرفه  نیست.

استفاده از سیستم گرمایش مجدد ( Reheat Coil )  

در این سیستم در ابتدا هوای مورد نیاز برای تهویه مطبوع ساختمان، توسط هواساز تامین و گرم می شود البته این گرم شدن تا دمای مورد نظر نخواهد بود بلکه از میزان دمای مورد نیاز فضای تهویه شونده کمتر است. این امر سبب می شود که اختلاف دمای هوا و محیط در بین مسیر کم شده و اتلاف حرارتی کمتری صورت گیرد. بدین منظور کویلهای مورد نظر در انتهای مسیر کانال هر فضا ( قبل از دریچه ) قرار می گیرد و برای کنترل آن می توان از شیرهای پنوماتیکی استفاده کرد. در این روش با استفاده از یک ترموستات قطع و وصل شیر برقی هوای فشرده را کنترل می کنیم و بدین ترتیب شیر پنوماتیکی با توجه به درجه حرارت محیط باز وبسته می شود. این روش هزینه های زیادی را برای اجرا در بر می گیرد.

طراحی متناسب با بار حرارتی –برودتی

برای بهینه سازی مصرف انرژی در تهویه مطبوع ساختمان، بایستی دستگاه ها به درستی و بر حسب نیاز ما انتخاب و طراحی شده و از محاسبات سرانگشتی وتجربی پرهیز شود. برای این منظور می توان از نرم افزارهای جدید و دقیق محاسباتی استفاده کرد. این راهکار تا حد بسیار زیادی در کاهش مصرف انرژی موثر واقع خواهد شد. 

گرم کردن فضاهای مورد نیاز

از گرم کردن فضاهائی در ساختمان که مورد استفاده واقع نمی شوند بپرهیزید و فقط افراد را گرم یا سرد کنید نه ساختمان ها را. برای کاهش دمای کندانسور از برج خنک کننده استفاده می شود. بدین منظور آب توسط پمپ های گردش آب از کندانسور عبور و از افشانک های برج خنک کن فرو می ریزد، همزمان با این عمل فن برج خنک کن نیز هوا را در خلاف جهت حرکت آب می گرداند و باعث تبخیر سطحی و گرفته شدن گرمای نهان و محسوس آب می شود اما گاهی اوقات ما نیازی به 100% ظرفیت برج خنک کن نخواهیم داشت. برای این منظور از کنترل دور موتور فن استفاده کرده و در صورت پائین آمدن دما دور موتور کاهش می یابد. در صورتیکه باز هم دما پائین تر آمد دور موتور پمپ نیز کاهش یافته تا دبی آن کاهش یابد. استفاده از این روش مزایای بسیاری دارد.

تاسیسات تهویه مطبوع

باتوجه به اقلیم گرم شهرها در ایران سامانه های تهویه مطبوع و ایجاد سرمایش در ساختمان ها از عوامل مهم و موثر در ایجاد آسایش ساکنین ساختمان می باشد. براساس مطالعات انجام شده و به استناد ترازنامه انرژی کشور که هر ساله منتشر می شود، مصرف انرژی الکتریکی در دهه گذشته رشد فزاینده ای داشته است. همچنین با توجه به این نمودار مصرف رشد مصرف در بخش خانگی و ساختمانی که عمدتا غیر مولد هستند عاملی است که ضرورت برنامه ریزی جهت کاهش مصرف در این بخش را نشان می دهد. انرژی الکتریکی می تواند باعث توسعه و رونق بخش های مولد کشور باشد و کاهش مصرف و بهینه سازی مصرف در این بخش از عوامل موثر در توسعه سریتر می باشد. یکی از متداول ترین تجهیزات سرمایش و تهویه مطبوع در ساختمان ها مسکونی در ایران سامانه های حجم ثابت هوا می باشند. در این سامانه ها حجم ثابتی از هوا توسط دمنده توسط مبدل سردمی شود و داخل فضاهای مختلف ساختمان توزیع می شود. معمولا از چیلر ها به همراه برج خنک کننده جهت ایجاد بار برودتی جهت خنک کردن هوای دمیده شده استفاده می شود. با پیاده سازی سامانه مدیریت ساختمان در بخش تهویه مطبوع و تاسیسات برودتی ساختمان مصرف انرژی الکتریکی که عمده انرژی مصرفی در تاسیسات تهویه مطبوع می باشد بهینه می شود. در این بخش روش هایی را که این سامانه در مدیریت مصرف انرژی در بخش تهویه مطبوع به کار می گیرد و تاثیر هر کدام بررسی می شود.

نقش انرژی خورشیدی در تهویه مطبوع ساختمان جهت بهینه کردن مصرف انرژی

ساختمان يكی از عمده ترين بخشهای مصرف كننده انرژی است و به همين سبب لازم است توجه ويژه ای به مقوله بهينه سازی مصرف انرژی درساختمانمبذول نمود. از نقطه نظركلی مي توان گفت كه با آگاه سازی مردم، تدوين قوانين مناسب و اصلاح قيمت ها ازطريق رفع تدريجي سوبسيدهای دولتی می توان گام مؤثری در جهت بهبود بهینه سازی انرژی درساختمان ها برداشت اما جايگزينی انرژی های تجديدپذير بطور اعم بجای سوخت های فسيلی كه عمده ترين منبع تأمين انرژی در ایران محسوب می شوند، راه حلی است كه مشخصه اصلی آن، آينده ­نگری و رعايت توامان حقوق نسل های فعلي و آتی است. لذا شناخت فناوری های موجود برای استفاده از انرژی خورشیدی و استفاده از نتایج تحقیقات انجام شده در دیگر کشورها، که مرور کوتاهی بر جدیدترین آنها در مقاله حاضر انجام شده است، کمک شایانی به پیشبرد این مهم خواهد داشت. در این نوشتار، ضمن بررسی اجمالی انرژی خورشیدی، اصول پایه تکنولوژی خورشیدی و انواع کاربردهای آن در تولید انرژی های مختلف در ساختمان و شرایط استفاده از این نوع انرژی و بهینه سازی مصرف انرژی در فرآیند تهویه مطبوع ساختمان ها پرداخته می شود. این تحقیق از نوع توصیفی و کتابخانه ای بوده و نتایج نشان می دهند که استفاده از انرژی خورشیدی و کاربرد آن ها در زمینه تهویه مطبوع ساختمان ها امری اجتناب ناپذیر می باشد.