بررسی اولیه ساختمان برای طراحی سیستمهای برودتی

باربرودتی مقدار گرمایی است که ساختمان در روز فصل تابستان در واحد زمان می گیرد. برخلاف بار حرارتی ساختمان که عوامل بوجود آورنده آن محدود است، مؤلفه های تشکیل دهنده بار برودتی متعدد و شامل عوامل مختلف در داخل و خارج ساختمان می باشد. قدم اول در طراحی سیستمهای برودتی، بررسی اولیه شرایط ساختمان می باشد.

1- تعیین شرایط آب و هوایی، طرح خارج

2- تعیین شرایط طرح داخل طبق منحنی آسایش

3- جنس دیوارها و مقاومت حرارتی

4- جهت ساختمان در مقابل باد یا خورشید

5- موقعیت ساختمان نسبت به ساختمانهای اطراف

6- نحوه تابش آفتاب

7- مشخصات پنجره ها (ابعاد، قاب، مواد تشکیل دهنده، تعداد جدارشیشه ها)

8- تعداد افراد حاضر در ساعت طرح و نوع فعالیت و مدت زمان حضور

9- سیستم روشنایی

10- مشخصات وسائل برقی و حرارتی

11- مشخص بودن بهره برداری از فضا

12- تعیین مسیر کانال کشی ها و جایگاه تجهیزات

13- بررسی نحوه نصب تجهیزات

14- تعیین مشخصات سیستم های برق و آب

15- سیستم فاضلاب

16- بررسی فنداسیون ها

17- بررسی کدهای بین المللی و محلی برای اجرای پروژه

الف) بارهای دریافتی از خارج ساختمان:

1- بار تابش خورشیدی بر پنجره ها

2- بار تابش خورشید بر جدار غیر شفاف ساختمان

3- اختلاف دمای داخل و خارج ساختمان

4- بار نفوذ هوای خارجی

ب) بارهای تولید شده در داخل ساختمانیکی دیگر از عوامل موثر در طراحی سیستمهای برودتی

1- بار برودتی ناشی از حضور افراد (تعریق، تشعشع و همرفت (بار سیستم روشنایی)

2- باردستگاه ها و وسائل حرارتی (حرارت بصورت محسوس و نهان است) در صورت استفاده از هود مناسب، به مقدار قابل توجهی از این بار کم می شود.

3- بار موتورهای الکتریکی (یخچال و….)،حرارت تولیدی محسوس است.

4- بار لوله ها و تانکهای داغ

5- بارهای متفرقه (عبور کانال از منطقه و . . .)

حرارت خورشیدی

فاصله خورشید تا زمین در نیمکره شمالی در تابستان کمتر از زمستان است و برای نیمکره شمالی که ما در آن قرار داریم خورشید در زمستان کمترین فاصله تا زمین و در تابستان بیشترین فاصله را دارد . اما علت اینکه در زمستان انرژی کمتری نسبت به تابستان به زمین می رسد، تابش خورشید به زمین در زمستان بصورت مایل و در تابستان بصورت عمود است. در زمستان گرچه فاصله خورشید تا زمین کمتر از فصول دیگر سال است، اما به علت تابش مایل، بیشتر انرژی آن در برخورد با لبه بیرونی اتمسفر (یا جو زمین) بازتابش یا جذب شده و از شدت تابش آن به زمین کاسته می شود.

در زاویه 30 درجه تابش، بیشترین تابش از شیشه ها وارد فضای داخل می شود. زیرا چنانچه زاویه تابش از30 درجه کمتر باشد حرارت بیشتری توسط اتمسفر جذب می شود و اگر بیشتر از30 درجه باشد درصد بیشتری از انرژی تابیده شده بازتابش می شود.

بخش بزرگی از اشعه های خورشیدی در برخورد با ذرات مختلف به فضای ماورا اتمسفر باز تابش میکند و یک بخش هم توسط خود اتمسفر جذب می شود. بخشی از اشعه خورشید هم در داخل محیط پراکنده می شود. حرارت خورشیدی وارد شده به شیشه پنجره ها، بستگی به موقعیت آن در روی سطح زمین، روز، ساعت، جهت و موانع مختلف بستگی دارد.

عکس العمل شیشه ها :

شیشه های معمولی بخش کوچکی از حرارت خورشیدی را جذب (5تا 6 درصد)و بقیه را بازتابش یا عبور می دهند که مقدار آن بستگی به زاویه تابش دارد. در زاویه 30 درجه، انرژی دریافتی اتاق از طریق شیشه ها بیشینه است.

مقدار حرارت خورشیدی دریافتی از یک شیشه معمولی در یک ساعت با زاویه تابش30 درجه برای جهت های مختلف پنجره (شمالی، جنوبی، غربی یا شرقی)، ماه های مختلف سال، تمام ساعات روز و به ترتیب عرضهای جغرافیائی30 و40 درجه شمالی آورده شده است. در مقادیر این جداول، انتقال حرارتی که در اثر اختلاف دمای هوای دو طرف شیشه از ضخامت آن عبور کرده و وارد اتاق می شود، لحاظ نشده است.

1- قاب پنجره چوبی (%85 پنجره شیشه و مابقی چوب است)

2- عدم وجود مه و گرد و غبار در هوا

3- ارتفاع سطح دریا

4- نقطه شبنم در نظر گرفته شده

شیشه های غیر معمولی و وسائل تولید سایه:

شیشه های غیر معمولی اغلب حرارت خورشیدی بیشتری جذب می کنند زیرا:

الف) ممکن است دارای ضخامت بیشتری باشند.

ب) ممکن است مخصوصا از جنس جاذب حرارت ساخته شده باشند.

گزینش صحیح نوع سیستم تهویه مطبوع برای یک فضا یا ساختمان بخصوص تصمیم بسیار حساس است . عمده ترین مسائل که باید در طراحی سیستمهای برودتی قرار گیرد عبارتند از:

1- امکانات مالی شخصی یا سازمان سرمایه گذار

2- فضا یا ساختمان – هدف ، موقعیت مکانی

3- مشخصات خارج ساختمان ، دما ، رطوبت ، باد، تابش، آفتاب ، سایه

4- تغییرات بار حرارتی داخل ساختمان – ساکنین ، چراغ ها

5- قابلیت ساختمان در ذخیره کردن حرارت اکتسابی

6- لزوم و ظرفیت پیش سرمایش حهت کاستن از اندازه دستگاههای تهویه مطبوع و یا سرمایش جزئی ساختمان

7- جنبه های فیزیکی فضا یا ساختمان از نظر تطبیق با سیستم تهویه مطبوع تجهیزات و تنظیم عملکرد سیستم تحت بار حرارتی جزئی

8- انتظارات وایده های شخصی کار فرما در مورد کیفیت هوای محیط

اگر چه از نظر تئوری می توان هر سیستم تهویه مطبوعی را برای هر ساختمانی استفاده کرد ولی در عمل به دلیل وجود عواملی چون هزینه های سرمایه گذاری و بهره برداری ، محدودیت های فضا و مکان ، طرح معماری موقعیت محلی ساختمانی و ارزیابی و تجربه مهندسین طراح ، تعداد سیستم های تهویه مطبوع مناسب برای هر ساختمان محدود خواهد بود . معمولاً در ساختمان هایی که سیستم های گرمایش و تهویه آن ها ساده و ظرفیتشان مناسب است؛ هزینه های بهره برداری و تعمیر و نگهداری نسبتاً کم خواهد بود. کاربردهای تهویه مطبوع معمولاً در ساختمان های عمومی و تجاری (ساختمان های اداری ، کتابخانه ها ، مراکز حمل و نقل)، ساختمانهای تجمعی (آمفی تاترها، استادیوم ها) ساختمانهای آموزشی (مهد کودک ها، دانشکاها ، مدارس) ساختمانهای اقامتی ( خوابگاه ، هتل ها ) ساختمان های مسکونی (تک واحدی ، چند واحدی ، آپارتمانی ) ، مراکز بهداشتی و درمانی (بیمارستانها) ، و غیره است که به نوع سیستم ها در ساختمان مسکونی می پردازیم و نوع سیستم های تهویه مطبوع ساختمان های مسکونی متاثر از عوامل محلی و کاربردی است . عواملی محلی عبارتند از: منابع موجود در انرژی وقیمت آن ها ، شرایط آب و هوایی ، ویژگی های اجتماعی- اقتصادی و دسترسی به نیروی متخصص جهت نصب و تعمیرات نوع ساختمان مشخصه های فنی ساختمان و مقرارت و ضوابط ساختمان های مسکونی ، عوامل کاربردی ( application factors ) هستند. بنابراین برای گرمایش ، سرمایش رطوبت زنی ، رطوبت گیری و تصفیه هوا و یا ترکیب این فرایند می توان از سیستم گوناگونی استفاده کرد. معمولاً ساختمانهای مسکونی نیازمند سرمایش و گرمایش هستند در بسیاری از سیستم ها با افزودن های معمولی یا الکترو استاتیکی عمل تصفیه هوا را نیز انجام می دهند. در بسیاری از سیستم ها می توان از رطوبت زن ها (humi difier) نیز استفاده کرد به ویژه در فصل گرمایش و زمانی که با توجه به شرایط سایکرو متر لازم باشد رطوبت هوا افزایش یابد . سیستم های گرمایشی متداول برای ساختمان های مسکونی از سه گروه اصلی تشکیل شده اند : تغذیه اجباری هوا از ایستگاه مرکزی (centeralforcedair ) سیستم های مرکزی آبی (centeral hydronic) و سیستم های منطقه ای (zonal) که انتخاب میگردد .

از دیگر عوامل موثر در طراحی سیستمهای برودتی میتوان به موارد زیر اشاره کرد :

1) نوع منبع انرژی

2) چگونگی توزیع و انتقال سیال واسطه سرمایش و گرمایش

3) دستگاه های پایانه یا مصرف کننده (terminals)

صورت می گیرد . یک کوره سوز (gas furnace) متشکل از دستگاه تهویه مطبوع دو تکه(split system) رطوبت زن و هوا می باشد . نحوه عملکرد سیستم چنین است که هوا از طریق کانال هوای برگشت به دستگاه بر می گردد این هوا ابتدا از روی هوا می گذرد و در زمستان توسط بادزن گردش هوا که جزئی از کوره است حرارت را به فضا مورد نظر تغذیه می کند یک رطوبت زن ، رطوبت مورد نیاز را به هوای گرم که از طریق کانال رفت در درون ساختمان توزیع می شود اضافه می کند در طول فصل سرمایش با عبور هوای در حال گردش از روی کویل اواپراتور (evaporator) حرارت و رطوبت از هوا خارج می شود . توسط لوله مبرد (refrigerant line ) که در بیرون قرار دارد ارتباط می یابد . رطوبت تقطیر شده بر روی سطح کویل اواپراتور از طریق لوله تخلیه (drain ) خارج می شود . تجهیزات سرمایشی و گرمایشی در منازل که به صورت مجتمع های تک واحدی یا آپارتمانی چند طبقه ساخته می شوند معمولاً مشابه ساختمان های تک واحدی است استفاده از سیستم مجزا برای هر واحد این مکان را می دهد که کنترل هر واحد به صورت مستقل انجام و مقدار انرژی مصرفی هر واحد را بتوان اندازه گیری کرد، البته سیستم مرکزی مانند GHP نیز وجود دارند که قابلیت تفکیک سازی و استقلال هر فضا از فضاهای دیگر را دارد.