تجهیزات گرمایشی ساختمان

در ساختمان های تجاری، بارهای HVAC معمولاً بالاترین هزینه انرژی را نشان می دهند. موقعیت جغرافیایی نقش مهمی ایفا می‎کند، ساختمان های دور از شمال یا جنوب جهان معمولاً هزینه گرمایش بالایی دارند، در حالی که آنهایی که در مناطق استوایی قرار دارند ممکن است در تمام طول سال به تهویه مطبوع نیاز داشته باشند. رسیدگی و کنترل تجهیزات گرمایشی در ساختمان های بزرگ بر عهده هیئت مدیره ساختمان می باشد.

فهرست عناوین

درست مانند محیط‎های مسکونی، طیف گسترده ای از گزینه های گرمایش و سرمایش برای ساختمان‎های تجاری وجود دارد که هر کدام مزایا و محدودیت‎هایی دارند. در اینجا به منظور آشنایی بیشتر باتجهیزات گرمایشی ساختمان لازم است ادامه مطلب را بررسی کنید تا بتوانید اطلاعات بیشتری در این حوزه کسب کنید.

وسایل گرمایشی

تجهیزات گرمایشی ساختمان

بررسی و شناسایی تجهیزات گرمایشی ساختمان

سه مورد از رایج ترین تجهیزات گرمایشی ساختمان عبارتند از:

  • سیستم های حجم هوای متغیر (VAV)  با واحد بسته بندی شده در پشت بام
  • چیلر، برج خنک کننده و سیستم های دیگ بخار
  • سیستم های پمپ حرارتی منبع آب با برج خنک کننده و دیگ بخار

سیستم VAV با واحد پشت بام بسته بندی شده

 واحدهای بسته بندی شده روی پشت بام (RTU)  معمولاً شامل یک کندانسور برای تهویه مطبوع و یک دیگ بخار گازی یا برقی برای گرمایش فضا هستند. در اقلیم‎هایی که دستگاه باید تهویه مطبوع با رطوبت کم در فضای باز فراهم کند، امکان اضافه کردن یک اکونومایزر نیز وجود دارد که باعث کاهش بار خنک کننده روی کندانسور می‎شود. در تمام حالت های کار، از فن ها برای دمیدن هوا به یک سیستم مجرایی استفاده می شود که آن را در بین مناطق مجزای داخلی توزیع می کند. هر زون دارای یک جعبه با حجم هوای متغیر  (VAV) با یک دمپر است که بسته به نیازهای سرمایش یا گرمایش باز و بسته می شود.

موقعیت دمپر بر اساس نقطه تنظیم دمای هر منطقه خاص کنترل می‎شود. به عنوان مثال، اگر یک منطقه خاص به حداکثر خروجی سرمایش یا گرمایش نیاز داشته باشد، دمپر کاملاً باز می شود.

شناخت لوازم گرمایشی

شناسایی تجهیزات گرمایشی ساختمان

همه چیز در رابطه با تجهیزات گرمایشی ساختمان در سیستم VAV

سیستم های VAV سنتی زمانی که تحت شرایط بار بخشی قرار می گیرند، از کاهش شدید بهره وری انرژی رنج می برند. اگر همه مناطق ساختمان در بار جزئی با دمپرهای نیمه بسته خود باشند، فشار کانال افزایش می یابد و سیستم ممکن است نویزدار شود. علاوه بر این، فشار اضافی نشان دهنده هدر رفتن قدرت فن است. با این حال، می توان با استفاده از اتوماسیون و درایوهای فرکانس متغیر به نتایج عالی دست یافت:

یک سیستم کنترل به طور مداوم وضعیت تمام جعبه های VAV را ارزیابی می‎کند. در حالت ایده آل، حداقل یکی از آن ها باید کاملاً باز باشد. در غیر این صورت، قدرت فن هدر می‎رود. اگر هیچ یک از دمپرها کاملا باز نباشد، سرعت فن کاهش می‎یابد و همه دمپرها به تدریج باز می‎شوند تا زمانی که یکی از آنها به حالت کاملا باز برسد. در این مرحله، فن جریان هوای مناسب را برای بار فعلی HVAC فراهم می‎کند.

هنگامی که سرعت از طریق یک درایو فرکانس متغیر کنترل می‎شود، می‎توان صرفه جویی قابل توجهی در قدرت فن ایجاد کرد. واحدهای پشت بام بسته بندی شده در تاسیساتی که دارای مساحت بالای پشت بام به نسبت فضای داخلی خود هستند، با توجه به اینکه هوا رسانه اصلی مورد استفاده برای انتقال گرما است، کاربردی هستند. این سیستم‎ها در ساختمان های چند طبقه به دلیل محدود بودن سطح پشت بام و فواصل عمودی طولانی، کاربردی نیستند. سیستم های مبتنی بر چیلرهای آب خنک یا پمپ های حرارتی منبع آب در این کاربردها ترجیح داده می شوند.

نکات مهم وسایل گرمایشی

تجهیزات گرمایشی ساختمان در سیستم VAV

دومین مورد در شناسایی تجهیزات گرمایشی ساختمان

چیلر با برج خنک کننده و بویلر، این سیستم‎ها از آب به عنوان وسیله ای برای تحویل یا استخراج گرما استفاده می‎کنند و مدارهای آب از واحدهای هواساز (AHUs)  عبور کرده و جریان هوای مورد نیاز را برای هر منطقه ساختمان فراهم می‎کند. در حالت خنک کننده، چیلر گرما را از مدار آب سردی که در ساختمان به گردش در می آید استخراج می کند و آن را به یک حلقه آب ثانویه که به برج خنک کننده متصل است، دفع می کند. سپس برج خنک کننده گرمای بیرون را دفع می کند. در حالت گرمایش، آب در گردش از یک دیگ عبور می کند. بیشتر بویلرها با برق، گاز یا نفت کار می کنند.

در هر دو مورد، گرما بین آب در حال گردش و هوای داخلی در AHUs مبادله می‎شود. اگر چیلر و دیگ یک مدار آب مشترک دارند (سیستم دو لوله ای)، کل ساختمان باید در حالت گرمایش یا سرمایش کار کند. با این حال، هنگامی که یک مدار آب جداگانه برای هر حالت کار وجود دارد (سیستم چهار لوله)، گرمایش و سرمایش همزمان می تواند به مناطق مختلف ارائه شود. البته سیستم چهار لوله ای گران تر است، زیرا لوله کشی و لوازم جانبی اساساً دو برابر می‎شود. درست مانند سیستم های VAV، با کنترل و اتوماسیون می‎توان به صرفه جویی قابل توجهی دست یافت.

شناخت لوازم گرمایشی

شناسایی تجهیزات گرمایشی

همه چیز در رابطه با تجهیزات گرمایشی ساختمان در سیستم چیلر

چیلرهای مدرن معمولاً از طریق کمپرسورهای با سرعت متغیر عرضه می شوند که می توانند حتی در شرایط بار جزئی نیز به طور مؤثر عمل کنند. برخی از مدل‎ها کنترل سرعت را با عملیات مرحله ای ترکیب می‎کنند تا کارایی را بیشتر کنند. درایوهای سرعت متغیر را می‎توان برای چندین جزء سیستم، از جمله فن های برج خنک کننده، پمپ های آب و واحدهای هواساز استفاده کرد. همچنین اکونومایزرهایی برای سیستم‎های خنک کننده با آب وجود دارد، اما آنها فقط برای مناطق آب و هوایی خاص اعمال می‎شوند، جایی که سیستم تهویه مطبوع با رطوبت کم در فضای باز را فراهم می‎کند.

سیستم های مبتنی بر چیلر معمولاً راندمان بالاتری نسبت به سیستم های VAV ارائه می دهند و همچنین برای ساختمان های چند طبقه کاربردی تر هستند: به جای داشتن چندین واحد بسته بندی شده در پشت بام، می توان سیستم را در یک چیلر و برج خنک کننده ادغام کرد و فقط برج خنک کننده باید در فضای باز یا روی پشت بام قرار گیرد.

همه موارد وسایل گرمایشی

تجهیزات گرمایشی ساختمان در سیستم چیلر

سومین مورد در شناسایی تجهیزات گرمایشی ساختمان

 سیستم پمپ حرارتی منبع آب با برج خنک کننده و دیگ بخار، HVAC تجاری مبتنی بر پمپ های حرارتی منبع آب، از نظر تطبیق پذیری و کارایی انرژی، انتخاب برتری هستند. پمپ های حرارتی درست مانند سیستم‎های تهویه مطبوع بر اساس چرخه تبرید هستند، اما عملکرد برگشت پذیر را ارائه می‎دهند. هنگامی که از پمپ های حرارتی متعدد برای سرویس دهی به مناطق جداگانه یک ساختمان تجاری استفاده می‎شود، می‎توانند در صورت نیاز بین حالت های سرمایش و گرمایش جابجا شوند.

تمام پمپ های حرارتی در یک ساختمان دارای یک مدار آب مشترک هستند و بسته به نیاز هر منطقه، گرما را رد یا جذب می‎کنند. از آنجایی که مدار آب مشترک است، بارهای گرمایش و سرمایش مساوی یکدیگر را متعادل می‎کنند. اگر بار خنک کننده بیشتر باشد، از یک برج خنک کننده برای دفع گرمای اضافی استفاده می‎شود. از طرف دیگر، اگر بار گرمایشی بیشتر باشد، برای جبران اختلاف از دیگ بخار استفاده می شود.

اهمیت وسایل گرمایشی

تجهیزات گرمایشی

همه چیز در رابطه با تجهیزات گرمایشی ساختمان در سیستم پمپ حرارتی

در رابطه با تجهیزات گرمایشی ساختمان باید گفت که درست مانند دو سناریوی قبلی، می توان با افزودن کنترل سرعت به تمام پمپ ها و فن های مورد استفاده، سیستم را کارآمدتر کرد. پمپ‎های حرارتی یکی از کارآمدترین سیستم های گرمایش و سرمایش در بازار هستند: آنها می‎توانند با راندمان یک چیلر در حالت سرمایش مطابقت داشته باشند یا از آنها پیشی بگیرند و در بیشتر موارد می‏توانند گرمایش فضا را با کمتر از 40 درصد انرژی مصرفی یک مقاومت تامین کنند. بخاری نیاز به نصب یک پمپ حرارتی اختصاصی برای هر منطقه ساختمان، هزینه این سیستم ها را بالا می‎برد، اما این به لطف بهره وری انرژی برتر به دست آمده، در طولانی مدت جبران می‎شود. به عنوان مثال، اگر لحظه ای وجود داشته باشد که بارهای سرمایش و گرمایش برابر باشند، این سیستم می‎تواند با غیرفعال شدن دیگ بخار و برج خنک کننده کار کند.

نکات مهم تجهیزات گرمایشی

تجهیزات گرمایشی ساختمان در سیستم پمپ حرارتی

نکات قابل توجه در بررسی عملکرد تجهیزات گرمایشی ساختمان

گرم کردن یک ساختمان تجاری که در آن افراد کار می‎کنند یا در آن استراحت می‎کنند به منظور ایجاد یک محیط راحت، جلوگیری از تراکم، انجام فعالیت‎هایی مانند پخت و پز و خشک کردن و برای فرآیندهای صنعتی مهم است. سیستم های گرمایش تجاری با سیستم های مسکونی متفاوت هستند زیرا مساحت بسیار بیشتری را پوشش می دهند و ملاحظات مختلفی را باید در نظر گرفت. سیستم گرمایش و تهویه مطبوع مسکونی (HVAC)  تنها برای گرم کردن یا خنک کردن یک خانه کوچک خانوادگی با نیازهای نسبتاً ساکن مورد نیاز است. یک سیستم تهویه مطبوع تجاری، فضای بزرگتری را ارائه می‎دهد و همچنین ممکن است به دفاتر یا بخش های مختلفی تقسیم شود که نیازهای گرمایش یا سرمایش متفاوتی دارند. گزینه‎ های گرمایش یک فضای تجاری بزرگ به دو گزینه تقسیم می‎شود، هوای تابشی یا گرم. توضیحات زیر انواع مختلف سیستم‎ها را با جزئیات بیشتری توضیح خواهند داد.

عملکرد تجهیزات گرمایشی

عملکرد تجهیزات گرمایشی ساختمان

عملکرد تجهیزات گرمایشی ساختمان به صورت هوای گرم

یک سیستم گرمایش، هوای گرم را از یک فن برای کشیدن هوا در یک مبدل حرارتی استفاده می‎کند. این امر آن را به روشی ایده آل برای فضاهایی تبدیل می‎کند که دمای ثابت در سرتاسر ساختمان مورد نیاز است. منبع گرما برای هوای گرم می‎تواند یک عنصر الکتریکی، آب گرمی که از طریق مبدل حرارتی به گردش در می آید یا یک مشعل با سوخت نفت یا گاز باشد.

بخاری های واقعی را می‎توان روی دیوارها نصب کرد، روی زمین یا در سقف بالای فضایی که گرم می‎شود معلق قرار داد. مدل های ایستاده روی زمین از این جهت انعطاف پذیر هستند که می توانند از نازل هایی برای هدایت گرما در ناحیه نزدیک استفاده کنند یا به یک سیستم کانال متصل شوند تا هوا را در یک منطقه بزرگ تر توزیع کنند. انتخاب صحیح برای هر فضا به چیدمان فضا و مساحت کف موجود بستگی دارد. به عنوان مثال، اگر فضای کف محدود باشد، یک سیستم معلق ممکن است مناسب ترین انتخاب باشد.

عملکرد تجهیزات گرمایشی ساختمان به صورت تخریب زدایی

گرمایش لایه زدایی از فرآیند لایه زدایی حرارتی استفاده می کند که به معنای اختلاط هوای داخلی ساختمان برای حذف لایه های طبقه بندی شده گرما و ایجاد دمای یکسان در همه مناطق است. در هر فضایی، گرما تا سقف افزایش می یابد و گرمایش ساختمان های با سقف بلند را در سطح کف که معمولاً مردم در آن ها زندگی می کنند، سخت تر می کند. این منجر به هدر رفتن انرژی و ساختمانی سرد و ناراحت کننده می شود. راه حل این امر استفاده از فن های لایه زدایی برای چرخش مجدد هوای گرم است. فن ها معمولاً با گرمایش هوای گرم ترکیب می شوند تا اطمینان حاصل شود که هوای گرم تولید شده فقط در قسمت سقف قرار نمی‎گیرد.

گرمایش چرخشی هوا

گرمایش چرخشی هوا، مقادیر زیادی هوا را با دمای کنترل شده و سرعت کم حرکت می‎دهد. هوای خنک‎تری از زیر بخاری به طور مداوم از داخل آن کشیده می‎شود و باعث تخریب لایه ها و ایجاد دمای یکنواخت می‎شود. این بدان معنی است که فن های تخریب لایه در سقف ضروری نیستند، زیرا هوا از قبل در حال گردش است. در بیشتر موارد یک بخاری می تواند گرمای دیوار به دیوار و کف تا سقف را بدون نیاز به کانال کشی پرهزینه برای هدایت گرما در اطراف ساختمان فراهم کند.

گرمایش چرخشی هوا راه حل خوبی برای فضاهایی مانند انبارها یا مراکز توزیعی است که به دمای ثابت پس زمینه یا محافظت در برابر سرما نیاز دارند. دمای یکنواختی که توسط چرخش هوا ایجاد می شود، خطر ایجاد تراکم بر روی مواد ذخیره شده و آسیب رطوبت را از بین می برد. هزینه نصب گرمایش چرخشی کم است، زیرا نیازی به نصب سیستم مجرای پیچیده نیست و به دلیل سوختی که با استفاده از گرمای محبوس شده در سقف صرفه جویی می شود، یک بار در محل کار می کنند و مقرون به صرفه هستند. کنترل های نصب شده روی زمین، نگهداری آن را آسان می کند و بخاری ها در مقایسه با سایر سیستم های گرمایشی نسبتاً بی صدا هستند.

جمع بندی

در رابطه با تجهیزات گرمایشی ساختمان یکی از مهم ترین انتخاب های طراحی در یک ساختمان تجاری، پیکربندی HVAC است، زیرا این سیستم بخش قابل توجهی از هزینه های مالکیت را در بلندمدت نشان می دهد. چیدمان ساختمان یک ملاحظۀ مهم است: تأسیسات با ارتفاع کم با مساحت های پشت بام وسیع، واحدهای بسته بندی شده روی پشت بام با سیستم های VAV را ترجیح می دهند، در حالی که ساختمان های چند طبقه تمایل به استفاده از چیلرها یا پمپ های حرارتی منبع آب دارند. البته، افزایش بهره وری انرژی قابل قبولی وجود دارد که می‎تواند در همه موارد به کار گرفته شود. تعدیل سرعت کمپرسورها، پمپ ها و فن ها نسبت به روشن و خاموش کردن این تجهیزات از نظر انرژی کارآمدتر است و همچنین به عمر طولانی تر و کاهش هزینه های نگهداری کمک می کند.