مقالات و نوشتار های تحلیلی

از زمان های قدیم، یکی از اهداف اولیه و اصلی ساختمان سازی، فراهم آوردن پناهگاهی در مقابل باد، باران، گرما و سرما بوده است در اواخر قرن نوزدهم، تکنولوژی های جدیدی برای احداث ساختمان ها ارائه شد که این تکنولوژی های جدید به همراه موادی همچون فولاد امکان احداث ساختمان های بزرگ‌تر و عمیق‌تر را فراهم نمودند. با توجه به ایجاد نور و تهویه مصنوعی در این ساختمان ها، محیط داخلی ایجاد شده، نسبتاً مستقل از محیط بیرون گردید. در ادامه ی پیشرفت تکنولوژیکی و ابعادی این ساختمان های مدرن، سبب ایجاد تخصص هایی در زمینه صنعت ساختمان و رشد سریع آن‌ها شد که تخصص تهویه مطبوع و سیستم‌های آن به عنوان شاخه های از علم مهندسی مکانیک به فراخور تقاضا در این حوزه، به سرعت رشد نمودند.

هدف اصلی سیستم های گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع و همچنین یکی از مهم‌ترین نیازمندی های محیطی انسان، ارضاء شرایط آسایش حرارتی و کیفیت مطلوب هوای داخل است، چرا که انسان ها بیش از %90 زمان زندگی خود را در محیط های داخلی سپری می‌نمایند ؛ بنابراین، شرایط آسایش حرارتی و کیفیت هوای داخل، اثر مستقیمی بر سلامت، میزان بهره وری و روحیه ی آنان دارند.

با توجه به پدیده گرمایش جهانی و وجود توافقنامه های بین‌المللی در این زمینه مبنی بر کاهش مصارف انرژی، سیستم های گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع به عنوان یکی از اصلی ترین مصرف کننده های انرژی که مصرف انرژی آن‌ها، بسته به کشورهای مختلف از 20 تا 70 درصد کل انرژی مصرفی، متغیر است، مورد توجه ویژه قرار می گیرند. البته توجه به این نکته بسیار ضروری است که کاهش مصرف انرژی در سیستم های گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع یک اقدام مقید به حفظ شرایط آسایش حرارتی و کیفیت هوای داخل است و جمله "مهم‌ترین الگوی مصرف انرژی، مصرف نکردن آن است" نتیجه پرداختن به بحث کاهش مصرف انرژی بدون توجه به شرایط آسایش حرارتی ساکنان و کیفیت هوای داخل است.

از آنجایی که افراد مختلف نسبت به دما و رطوبت محیط اطراف خود احساس متفاوتی دارند، عامه مردم دیدگاه هاي مختلفی درباره شرایط آسایش در داخل یک محیط تهویه شده ابراز می کنند. بر این اساس، دستورالعمل تأسیساتی اشري ، معیاري را تحت عنوان محدوده آسایش حرارتی مطرح کرده که بر مبناي آن، شرایط هواي داخل ساختمان باید به گونه اي باشد که اکثریت افراد حاضر در اتاق که لباسی متناسب با آن فصل پوشیده‌اند، احساس آسایش کنند. طبق تعریف آمده در این استاندارد، آسایش حرارتی حالتی ذهنی است که فرد از شرایط محیط ابراز می‌کند. عوامل محیطی و فردي، پارامترهاي تأثیرگذار بر شرایط آسایش حرارتی می باشند. همچنین در استاندارد اشري، هواي با کیفیت مطلوب، به صورت هوایی تعریف شده است که غلظت آلاینده‌ها در آن از حد معینی تجاوز ننماید.

مطالعات نشان داده است که میزان آلاینده‌ها در هواي داخل، اغلب بیش از هواي بیرون است. یکی از دستاوردهاي مهم علوم و تکنولوژي، استفاده از سیستم هاي تهویه مطبوع جهت تأمین شرایط آسایش حرارتی و بهبود کیفیت هواي داخل در ساختمان ها می باشد.

برای آموزش نرم افزار های شبیه ساز در حوزه تحلیل سیالاتی محیط داخل و خارج ساختمان به کمک CFD، سایت گروه آپ گرین گرید (اولین تیم تخصصی مشاور و آموزش در حوزه های تحلیل انرژی، روشنایی و سیالاتی ساختمان)️ مراجعه نمائید.

معرفی سیستم های تهویه، جهت توزیع هوای تازه:

سیستم های تهویه، جهت توزیع هوای تازه در ساختمان مطابق شکل زیر به سه دسته کلی تقسیم‌بندی می گردند: سیستم تهویه با توزیع هوای اختلاطی یا سیستم تهویه اختلاطی ، سیستم تهویه با توزیع هوای لایه ای یا سیستم تهویه لایه ای ، سیستم تهویه با توزیع هوای جابه جایی یا سیستم تهویه جابجایی .

طرح شماتیک هوای ورودی جهت توزیع هوا؛ از راست به چپ اختلاطی، لایه ای و جابه جایی

سیستم تهویه اختلاطی

در سیستم تهویه اختلاطی، دریچه توزیع هوای ورودی در سقف یا در نزدیکی آن مستقر می گردد. در طراحی صحیح این سیستم تهویه، بایستی فرض گردد که هوای ورودی به طور کامل با آلاینده های داخل فضا ترکیب شده و میزان تمرکز آلاینده های داخل فضا را به حد قابل قبول کاهش می دهد؛ اما در حقیقت، دست یابی به اختلاط کامل بسیار سخت و دشوار است و غالباً میزان آلاینده‌ها در برخی از نواحی فضا از حد قابل قبول تجاوز می نمایند.

سیستم تهویه با توزیع هوای اختلاطی در حال حاضر رایج ترین نوع سیستم تهویه در بسیاری از کشورها می باشد. معرفی این سیستم تهویه در سال 1899 صورت گرفته و از آن زمان توسعه انواع مختلف و ترکیبی این سیستم، همچنان ادامه دارد. سیستم توزیع هوای اختلاطی مطابق شکل زیر می باشد.

سیستم تهویه اختلاطی

سیستم تهویه لایه­ ای

در سیستم تهویه ی لایه ای، بر ناحیه ای از اتاق که سر و گردن ساکنان در آنجا قرار دارد توجه می‌شود و در واقع هوای تازه مورد نیاز در ناحیه استنشاقی  ساکنان فراهم می‌شود.

این سیستم، توجه اندکی به کیفیت هوا و آسایش حرارتی در ناحیه بالای اتاق (ارتفاع ≥1.5 متر) داشته و ناحیه پایین اتاق (ارتفاع ≤ 0.8 متر) مورد توجه نمی باشد. دست یابی به این شرایط توسط قرار دادن محل دریچه هوای ورودی در ارتفاعی بالاتر از سر فرد حاصل می‌شود. شکل زیر نمونه ای از این سیستم را که به صورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفته است را نشان می دهد.

نمونه‌ای از سیستم تهویه لایه­ای

سیستم تهویه جابه ­جایی

در سیستم تهویه جابه جایی، هوای تازه  مستقیماً در ناحیه سکونت افراد تأمین می گردد. در این سیستم تهویه برخلاف سیستم تهویه اختلاطی، اصل بر جابه جا کردن هوای آلوده توسط هوای تازه است. رایج‌ترین نوع این سیستم تهویه، سیستم تخلیه افقی هوا از دریچه نزدیک سقف، روی دیوار کناری می باشد. در این سیستم، هوای ورودی پس از گرم شدن توسط منابع حرارتی به سمت بالا حرکت کرده و از دریچه خروجی مستقر در سقف خارج می‌شود. جریان هوا در ناحیه سکونت به دلیل جریان جابه‌جایی آزاد از منابع حرارتی، بایستی یک جریان یک بعدی، به سمت قسمت فوقانی فضا باشد اما جریان هوای سیستم تهویه جابه جایی رایج، در ناحیه سکونت یک بعدی نیست و جریان های برگشتی کوچکی در نواحی پایین فضا موجود می باشند. شکل زیر نوعی از سیستم تهویه جابه¬ جایی را نشان می دهد.

سیستم تهویه جابه‌جایی رایج

همان‌طور که پیش‌تر اشاره شد، سیستم تهویه زیرسطحی، نوع دیگری از سیستم های تهویه جابه جایی است که اخیراً مورد توجه بسیار قرار گرفته است. این سیستم توزیع هوا به طور گسترده ای در ساختمان های جدید به کار رفته و جایگزین مناسبی برای سیستم های تهویه رایج (اختلاطی) است. تفاوت سیستم تهویه زیرسطحی با سیستم تهویه اختلاطی تنها در مکان انتقال هوا به داخل فضا می‌باشد.

سیستم تهویه زیر سطحی

در این سیستم توزیع هوا، امکان کنترل نرخ تهویه برای هر یک از ساکنان فضا، توسط نصب دریچه های جداگانه وجود دارد. همچنین به دلیل نزدیک تر بودن موقعیت هوای ورودی فضا نسبت به ساکنان در مقایسه با سیستم های تهویه رایج (اختلاطی)، دمای هوای ورودی در حالت سرمایش در سیستم های تهویه زیرسطحی نسبت به سیستم های تهویه اختلاطی بالاتر است (حدوداً 3 الی 4 درجه سانتی گراد). سرعت هوای ورودی در سیستم تهویه زیرسطحی نسبت به سیستم¬های مشابه (سیستم های تهویه جابه‌جایی( بالاتر است اما این سرعت در مقایسه با سیستم های رایج) اختلاطی (بسیار پایین می باشد تا اجازه لایه بندی دمایی هوای گرم به ناحیه بالاتر داده شود .

ضریب بهره ­وری انرژی

برای بررسی عملکرد سیستم­ های تهویه متمرکز معمولاً از پارامتر ضریب بهره­ وری انرژی استفاده می‌شود. ضریب بهره ­وری انرژی در واقع شاخصی برای سنجش میزان کارآمدی سیستم تهویه متمرکز است و نشان می‌دهد که تا چه حد سیستم تهویه بر روی هدف اصلی یعنی تهویه محیط اشغال شده توسط انسان متمرکز شده است. این پارامتر پیش از این توسط لین و همکاران به‌صورت رابطه زیر تعریف شده است.

که T(uz) و T(oz)  به ترتیب دمای متوسط هوا در قسمت اشغال نشده و در قسمت اشغال شده می­ باشد. همچنین  بیان کننده دمای هوای ورودی در سیستم تهویه متمرکز می­باشد. در صورتی که دمای متوسط هوا در قسمت اشغال شده کمتر از بیرون این ناحیه باشد مقدار رابطه بیشتر از 1 خواهد بود. لذا بهره­ گیری از سیستم تهویه مطبوع متمرکز موجب تمرکز عمل تهویه مطبوع بر ناحیه حضور فرد شده و از این طریق در مصرف انرژی صرفه جویی شده است همچنین هر چه مقدار ضریب بهره ­وری انرژی بیشتر باشد صرفه ­جویی انرژی بیشتر خواهد بود.

شاخص بهبود کیفیت هوا

استانداردهاي مختلف از جمله اشري 62، گاز کربن دي اکسید را به عنوان شاخص جهت ارزیابی کیفیت هواي داخل معرفی کرده­اند. گاز کربن دي اکسید دلیل نارضایتی افراد از کیفیت نامناسب هواي داخل نمی‌باشد، بلکه غلظت بالاي آن نشان دهنده­ي بالا بودن میزان سایر آلاینده ­هایی است که منشأ انسانی دارند و در این شرایط ساختمان داراي تهویه ناکافی خواهد بود. به همین دلیل در تحقیق حاضر از گاز CO₂  به عنوان شاخصی جهت بررسی توزیع آلاینده در اتاق و مقایسه حالات مختلف استفاده شده است. میزان مجاز غلظت CO₂  توسط استاندارد اشري 62، 1000 ppm  معرفی شده است، یعنی هنگامی که غلظت CO₂  به بیش از 1000 ppm  برسد، سایر آلاینده‌ها به حدي می­رسند که فرد از کیفیت هواي داخل ناراضی است و این احساس ربطی به اثر خود CO₂  ندارد. ولی در غلظت بیش از 5000 ppm  خود گاز CO₂  بدون توجه به سایر آلاینده‌ها، سبب ایجاد اثرات نامطلوب بر سلامت افراد می‌شود.

شاخص بهبود کیفیت هوای داخل، پارامتر بدون بعد  را به ‌صورت رابطه زیر تعریف می­کند.

که  C(indoor) مقدار متوسط غلظت آلاینده‌ها در داخل ساختمان، C(init)  مقدار اولیه غلظت آلاینده‌ها در فضای اتاق و C(inlet)  مقدار آلاینده ­های ورودی از دریچه هوا می­باشد. 

اثربخشي نسبي تهويه

شاخص اثر بخشي نسبي تهويه توانايي سيستم تهويه در نزديک کردن غلظت آلاينده ­ها در محدوده حضور افراد به غلظت آلاینده‌ها در هواي ورودي است که بصورت رابطه زیر محاسبه می­شود

هر چه مقدار Er  بيشتر باشد، کارآمدي سيستم تهويه بيشتر است همچنین شاخص اثر بخشي نسبي تهويه مي­تواند مقداري بيشتر از يک نيز داشته باشد.

برای مطالعه مقالات تخصصی در حوزه انرژی، نور طبیعی، CFD و ... به قسمت وبلاگ سایت گروه آپ گرین گرید (اولین تیم تخصصی مشاور و آموزش در حوزه های تحلیل انرژی، روشنایی و سیالاتی ساختمان)️ مراجعه نمائید.

منبع مقالات:      https://upgreengrade.ir/index.php/blog

بنایار مهراز ایرانیان - ارائه دهنده خدمات نوین و فناورانه در صنعت ساخت کشور  - (خدمات مبتنی بر مدلسازی اطلاعات ساخت (BIM)- AR-VR )