ایران شهرساز را در تلگرام دنبال کنید

[-]
[-]

پشتیبانی 09120592515 ایمیل: iranshahrsaz@yahoo.com

[-]
[-]
امتیاز موضوع:
  • 29 رأی - میانگین امتیازات: 2.86
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
1
آشنایی بیشتر با معماری پایدار
آشنایی با معماری پایدار1-راه کارهای ترویج طراحی اقلیمی در راستای کاهش مصرف سوخت
مهدی سید الماسی-چکیده: با افزایش مصرف سوخت های فسیلی و بروز مشکلات اقتصادی ، آلودگی محیط زیست و واهمه اتمام ذخایر زیر زمینی ، متخصصین به فکر ابداع راه کارهایی در راستای مقابله با شرایط نامساعد جوی و استفاده از انرژیهای طبیعی با بکارگیری شیوه ... ادامه ...
2-«انرژیهای پاک منبعی جاودان»سیستم های تولید برق و گرما در ساختمان با بهره گیری از خورشید
آزاده عرب شاهی- چکیده: تحولات شگرفی که در علوم مهندسی ، معماری و صنعت ساختمان بوجود آمده ناشی از وسعت دید و بهره مندی از آخرین دستاوردهای علمی در جهان است. همزمان با پیشرفت تکنولوژی در زمینه های متعدد علمی و به سبب پیشرفت گسترده صنعتی و اقتصادی کشور ... ادامه ...
3-بررسی اثرات عایقکاری ساختمان بر روی بار حرارتی و مطالعه سیستم گرمایش خورشیدی برای یک خانه مسکونی نمونه در تهران
مهندس محد ساتکین-مهندس یوسف آرمودلی-دکتر عبدالرزاق کعبی نژادیان- چکیده: در مقاله ارائه شده ، ابتدا بین بارهای حرارتی یک خانه مسکونی نمونه در تهران در شرایط عایقکاری شده و بدون عایق مقایسه ای انجام شده و نمودارهائی جهت مقایسه بارها در شرایط مذکور ... ادامه ...

مقاله:
بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمان با استفاده از آبگرمکنهای خورشیدی و سیستم گرمایش کفی

یونس آذریون1 , سیامند حسن زاده2 , سید مهدی پسته3
دانشگاه ارومیه, دانشکدة فنی

چکیده
با توجه به افزایش روزافزون مصرف سوختهای فسیلی به عنوان منابع محدود انرژی و تأثیر آن بر محیط زیست, انرژی خورشیدی این منبع لایزال می تواند بعنوان جایگزین مناسب, بخش عظیمی از نیازهای انرژی سوختی کشور را مرتفع سازد.
در مقالة حاضر ضمن نگرش اجمالی به معرفی سیستم های آبگرمکن خورشیدی و با تأکید بر استفادة این نوع سیستم ها جهت تأمین آب گرم مصرفی ساختمان, تحلیل کاملی از یک مطالعة موردی روی آپارتمان چهار طبقه با 16 واحد, با در نظر گرفتن سیستم حرارت مرکزی و آبگرمکنهای خورشیدی, بعمل آمده و در ادامه ضمن معرفی سیستم های گرمایش کفی و نقش این نوع سیستمها در صرفه جوئی مصرف سوخت و همچنین توزیع بهینة حرارت در محل, مقایسة کلی بین این نوع سیستمهای گرمایشی برای ساختمان مورد مطالعه از نظر صرفه جوئی انرژی, صورت گرفته است.
بر اساس نتایج بدست آمده, سیستم ترکیبی گرمایش کفی و آبگرمکن های خورشیدی را می توان بعنوان یک سیستم بهینه معرفی کرد.
در نهایت, نتایج این تحقیق به کل کشور تعمیم داده شده و میزان صرفه جوئی سالیانة انرژی در کشور برآورد شده است.

کلمات کلیدی: آبگرمکنهای خورشیدی, کلکتورهای خورشیدی, سیستمهای حرارت مرکزی, سیستمهای گرمایش کفی, لوله های تلفیقی پنج لایه

مقدمه
پس از افزایش قیمت نفت در سال 1973 کشورهای پیشرفتة صنعتی مجبور شدند به مسئلة انرژی جدی تر بنگرند و این دید پس از افزایش مجدد قیمت نفت بعد از انقلاب اسلامی ایران, وسعت بیشتری یافت. این مسئله بعنوان بحران انرژی و یا بحران احتراق نام گرفت و سرآغاز تحقیقاتی در زمینة صرفه جوئی و یا بهینه سازی مصرف انرژی گردید. کشورهای صنعتی به این نتیجه دست یافته اند که با بهینه سازی مصرف انرژی در صنایع و ساختمانها, میتوان بین 30 تا 40 درصد مصرف انرژی را کاهش داد. در بررسیهای بعمل آمده توسط بانک جهانی در سال1983, آمده است که چنانچه کشورهای در حال توسعه سیاستهای بهینه سازی مصرف انرژی را معمول می داشتند تا سال 1991 می توانستند معادل 4 میلیون بشکه نفت در روز یعنی حدود 15 درصد انرژی تجاری شان را صرفه جوئی نمایند]1[.
در سال 1880 اولین کلکتور تخت خورشیدی بوسیلة چارلز تلی یر ( ) ]1[ ساخته شد. در سال 1888 وستر ( )]1[ پیشنهاد استفاده از انرژی خورشیدی در ترموکوپلها را ارائه داد.
گرمایش ساختمانها با استفاده از انرژی خورشید, ایدة تازه ای بود که در سال 1930 مطرح و در یک دهه به پیشرفت های قابل توجهی نائل آمد. در سال 1938 اولین خانة خورشیدی در انستیتو تکنولوژی ماساچوست آمریکا ساخته شد]1[.
قدمت سیستم گرمایش کفی نیز به سالهای دور بر می گردد. در انجام حفاری یک قصر در آناتولی که در سال 1200 قبل از میلاد ساخته شده بود, کانالهائی در زیر کف کشف گردید که حکایت از یک سیستم مرکزی گرمایش کفی می کرد. بعدها این سیستم در المپیا (800 سال قبل از میلاد) بکار گرفته شد و رومی ها از 80 سال قبل از میلاد این سیستم را بدلیل راحتی و آسایش آن بعنوان یک سیستم مدرن استفاده می کردند. در این سیستم ها گرما از طریق گازهای گرم حاصل از احتراق در کانالهایی که در زیر کف حفر شده اند, به کف فضاها انتقال پیدا می کرد.

1- دانشجوی کارشناسی مهندسی مکانیک
2- دانشجوی کارشناسی مهندسی مکانیک
3- استادیار گروه مکانیک
به مرور زمان استفاده از این سیستم جهت گرمایش ساختمانها به فراموشی سپرده شد, تا اینکه با عرضة تکنولوژی های جدید, مجددا" بصورت جدی در دهه های آخر قرن بیستم, مطرح گردید, با این تفاوت که این بار تأمین گرمایش, از طریق آب گرم یا المنت های برقی مورد توجه قرار گرفت. هم اکنون سیستم گرمایش کفی در حدود نیمی از خانه های جدید اروپا استفاده می شود]5[.

1- کلیات آبگرمکن های خورشیدی

سیستمهای آبگرمکن خورشیدی, انرژی خورشیدی را به دو جهت عمده مورد استحصال قرار می دهند که مشتمل بر گرمایش مستقیم آب گرم مصرفی و یا سیال عامل ناقل حرارت بوده که این سیال عامل ضدیخ عموما" ترکیب آب-گلیکول می باشد. در کلکتورهایی که بر روی پشت بام نصب می شوند, همچون سایر آبگرمکنهای معمولی, آبگرم در داخل مخزن ذخیره شده و در پاره ای از موارد به جهت به چرخش درآوردن سیال در داخل کلکتور از پمپ استفاده می شود.
آبگرمکنهای خورشیدی قابلیت نصب در هر شرایط آب و هوایی را داشته و در هر مکان میزان عملکرد آن متفاوت بوده و به عواملی همچون شدت تابش خورشید در محل و همچنین میزان درجه حرارت آب ورودی به سیستم وابسته است که هر چند درجه حرارت آب ورودی پایین تر باشد, سیستم دارای راندمان بالاتری خواهد بود.
قبل از نصب هرگونه سیستم آبگرمکن در منزل به جهت بالا بردن راندمان و کم کردن هزینه ها لازم است اقداماتی صورت پذیرد که دو عامل بسیار مهم آن, کاهش اتلاف حرارتی از آبگرمکن و متعلقات مربوطه و همچنین کاهش درجه حرارت آبگرم مصرفی و رساندن آن به اندازة معقول می باشد که با این دو کار علاوه بر کاهش میزان سرمایه گذاری اولیه, موجبات کوچکتر شدن اندازة آبگرمکن انتخابی نیز فراهم می شود. مضافا" با توجه به اینکه آبگرمکن صرفا" وظیفة تأمین آبگرم را بر عهده دارد, در جهت بهینه مصرف کردن آب گرم نیز باید اقداماتی صورت پذیرد که میتوان به استفاده از سردوشهای اتوماتیک در حمام, نصب شیرهای کاهش دهندة دبی جریان بر روی کلیة شیرهای آبگرم, عایق بندی آبگرمکن و لوله های حامل آب گرم اشاره داشت. مضافاً اینکه سیستم های آبگرمکن خورشیدی بخاطر استفاده از سوخت رایگان (پرتو آفتاب) از نقطه نظر زیست محیطی از جایگاه ویژه ای برخوردار می باشند.

1-1- ساختار آبگرمکنهای خورشیدی

اجزاء اصلی یک آبگرمکن خورشیدی شامل کلکتور, منبع ذخیرة آب, پمپ الکتریکی, سیستم لوله کشی داخلی و سایر تجهیزات کنترلی و الکتریکی بوده و این آبگرمکن ها بطور کلی به سه نوع مختلف تقسیم می شوند که شامل کلکتورهای صفحه تخت ( ), لوله خلاء ( )و متمرکزکننده ( ) می باشند.
در این بین کلکتورهای صفحه تخت از بقیه متداولتر می باشند. این کلکتورها شامل یک صفحة عایق در قسمت زیرین و یک بخش محافظت شده در مقابل جریان هوا هستند که در داخل آن یک صفحة جاذب تیره قرار گرفته و بر روی آن یک یا چند پوشش شفاف یا نیمه شفاف وجود دارد. (شکل 1)
کلکتور لوله خلاء از ردیفهای موازی لوله های شیشه ای دوجداره تشکیل یافته که هر یک از این لوله ها شامل یک لولة شیشه ای خارجی و یک لولة داخلی است. لولة داخلی حکم جاذب را داشته و به جهت جذب مناسب انرژی خورشیدی و جلوگیری از اتلاف حرارتی تشعشعی آن را با پوششی خاص می آرایند. در میان دو لوله, فضای خالی وجود دارد که به جهت از میان برداشتن اتلافهای حرارتی هدایتی و همرفتی, این فضا را از هوا تخلیه کرده و شرایط خلاء بوجود می آورند. (شکل 2)
کلکتورهای متمرکزکننده که عموما" به جهت مصارف خانگی مورد استفاده قرار می گیرند از یک ظرف سهموی تشکیل یافته که بر روی آن آیینه کاری می شود و وظیفة تمرکز انرژی خورشیدی بر روی لولة جاذب سراسری را بر عهده دارند. در متمرکز کننده ها بعلت کاهش سطح جذب کننده ها، اتلافات حرارتی کاهش می یابد و دمای بالاتر و حرارت بیشتری تولید می شود, اما برای مناطق ابری مناسب نبوده, نیازی به پوشش شیشه ای نداشته و نسبت به کلکتورهای تخت هزینة بیشتری لازم دارند . متمرکز کننده ها از نظر راندمان در دماهای پائین, از کلکتورهای تخت ضعیف تر بوده ولی در دماهای بالا دارای راندمان خوبی هستند، آسیب پذیری این نوع کلکتورها کمتر است ولی اگر بجای آئینه از فلزات صیقل داده شده استفاده شود، امکان زنگ زدگی، میزان تشعشع صفحات منعکس کننده را کاهش میدهد. میزان دریافت شدت تابش خورشیدی در متمرکز کننده ها میتواند در حدود 70-80 برابر نسبت به کلکتورهای تخت باشد]1[. شکل3 چند نمونه از کلکتورهای متمرکزکننده را نشان می دهد.





کلکتور صفحه تخت شکل2- کلکتور لوله ای و سطح مقطع آن با نمایش سطوح منعکس کننده شکل 3- چند نمونه از کلکتورهای متمرکز کننده

1-2- انواع مختلف آبگرمکنهای خورشیدی

آبگرمکنهای خورشیدی به دو دستة عمده غیر فعال یا خودبخودی ( ) و فعال ( ) تقسیم می گردند. که در سیستم فعال برخلاف سیستم غیر فعال از پمپ الکتریکی جهت به چرخش درآوردن سیال عامل ناقل حرارت استفاده می شود. با ذکر این نکته که میزان آب گرم تولیدی آبگرمکنهای خورشیدی علاوه بر مواردی که قبلا" ذکر گردید, به عواملی همچون زاویه و جهت نصب کلکتورها, میزان تشعشع خورشیدی قابل استحصال و کیفیت نصب نیز بستگی دارد.
سیستمهای غیر فعال که فاقد هر گونه اجزاء الکتریکی هستند به دو دستة تجمعی و ترموسیفونی تقسیم می شوند و بدون آنکه به پمپ سیرکولاسیون احتیاج داشته باشند, آب گرم را در سراسر کلکتور به چرخش درآورده و همین عوامل در مقایسه با سیستمهای فعال موجب انعطاف پذیر بودن, تعمیر و نگهداری آسان تر و طول عمر بالاتر می شوند, اما عیب عمدة آنها راندمان پایین ترشان است.
آبگرمکنهای غیرفعال تجمعی شامل یک یا چند منبع ذخیره هستند که در داخل محفظة عایق بندی شده, آنها را جانمایی کرده و قسمت آینه اندود آن رو به خورشید قرار می گیرد. این سیستمها نسبتا" سنگین و گران هستند و از چند جزء ساده تشکیل یافته اند و همین امر باعث می شود که هزینة تعمیر و نگهداری آنها اندک بوده و کمتر نیز خراب شوند. شکل 4 نمونه ای از کلکتورهای خورشیدی تجمعی را نشان می دهد.
سیستمهای ترموسیفونی متکی به تبخیر و صعود آب گرم بوده و پدیدة غالب آن, انتقال حرارت همرفت طبیعی است. زمانیکه آب داخل آبگرمکن گرم شد, سبک تر شده و به سمت بالا حرکت میکند., ضمن اینکه آب سرد که سنگین تر است به سمت پایین حرکت کرده و این دو پدیده همزمان موجبات سیرکولاسیون طبیعی را فراهم می آورند. به جهت حصول پدیدة ترموسیفون باید منبع آب را در قسمت بالایی کلکتور نصب کرد و به دلیل سنگینی این مخزنها لازم است که نصب این سیستمها, بسیار دقیق انجام پذیرفته و همچنین تمهیدات لازم به جهت عدم یخزدگی سیستم سنجیده شود که برای این منظور از محلول سیرکولاسیون ضدیخ (عموما" آب-گلیکول) استفاده می شود.
سیستمهای فعال همانطور که قبلا" نیز ذکر شد, دارای پمپ و دیگر ادوات کنترلی بوده و در مقایسه با سیستم های غیرفعال دارای هزینة بالاتر و راندمان بهتری بوده و همچنین بازسازی و بهسازی آنها راحت تر انجام می پذیرد که دلیل آن عدم وجود منبع آبگرم در کنار و یا بالای کلکتورها می باشد. اما از آنجائی که یکی از ارکان اصلی این سیستمها پمپ های الکتریکی هستند, لذا با قطع برق پمپ کار نکرده و در نتیجه امکان یخ زدگی سیستم وجود خواهد داشت. برای رفع این نقیصه, اقدام به نصب یک شیر انجماد می کنند که در کنار پمپ, وظیفة ایمن سازی سیستم در مقابل یخ زدگی را بر عهده داشته و حتی در زمان عدم کارکرد پمپ, قابلیت کار را داراست. در شرایط آب و هوایی انجماد, شیرهای انجماد با چکاندن آب گرم در سراسر کلکتورها موجبات عدم یخ زدگی آنها را فراهم می آورند. البته امروزه در کنار آبگرمکن اقدام به نصب سیستم های تولید برق خورشیدی (فتوولتائیک PV) نموده اند که وظیفة تأمین قدرت موردنیاز پمپ سیرکولاسیون جریان مستقیم را بر عهده داشته و در نتیجه از جریان برق سراسری نیز مستقل خواهند بود. شکل 5 نمونه ای از یک سیستم فعال حلقه بسته را نشان می دهد.





کلکتور خورشیدی تجمعی شکل 5- سیستم فعال حلقه بسته

1-3- برآورد اندازة آبگرمکنهای خورشیدی

برای تعیین مقدار دقیق ظرفیت آبگرمکن خورشیدی به جهت تأمین آبگرم مصرفی منزل, لازمست دو پارامتر مهم شامل مساحت کلکتور و میزان ظرفیت منبع ذخیره تعیین شود که میزان ظرفیت منبع ذخیرة خورشیدی عموما" 50،80,60 و120 گالنی (بترتیب 189, 227, 303 و454 لیتر) است. سیستمهای کوچک 50 تا 60 گالنی برای خانواده های یک تا سه نفره، سیستمهای با ظرفیت میانی (80 گالنی) برای خانواده های 3 یا 4 نفری و سیستمهای 120 گالنی برای خانواده های 4 تا 6 نفری مناسب می باشند]1-2[.
برای تعیین مساحت کلکتور میتوان گفت 20 فوت مربع (2 مترمربع) به ازای هر یک از اعضای خانوارهای یک یا دو نفری لازم است و به ازای هر نفر اضافی باید 8 فوت مربع به مقادیر فوق اضافه شود، که این مقدار برای شدت تابش بالای آفتاب صادق بوده و در نواحی با شدت متوسط باید به ازای هر نفر اضافی 12 تا 14 فوت مربع در نظر گرفته شود. به طریق مشابه باید به ازای هر یک فوت مربع مساحت کلکتور، حداقل به میزان 5/1 گالن ظرفیت منبع ذخیره آب در نظر گرفت، که این اندازه با در نظر گرفتن بیش از حد گرم شدن آبگرم مصرفی در زمانیکه تقاضای آب گرم اندک است، بیان شده و بر طبق نظر کارشناسان در شرایط شدت تابش بالای آفتاب باید به ازای هر فوت مربع مساحت کلکتور ظرفیت منبع ذخیره 2 گالن در نظر گرفته شود]1-2[.
آبگرمکن های خورشیدی از نظر زیست محیطی کاملا" پاک و بی خطر هستند و از نظر اقتصادی نیز هر چند هزینة اولیة نصب آنها بالا بوده ولی چون انرژی مصرفی شان بر خلاف سایر آبگرمکنها رایگان است, لذا پس از طی مدت زمان بازگشت سرمایه, بقیة عمر سیستم صرفا" صرفه جویی انرژی را درپی خواهد داشت. هر چه قیمت انرژی بالاتر رود, مدت زمان برگشت سرمایه نیز کوتاهتر خواهد شد. شکل 6 شماتیک آبگرمکن های خورشیدی را نشان می دهد.





آبگرمکن های خورشیدی




1-4- تجزیه و تحلیل کلکتورها

عملکرد کلکتورها را میتوان با استفاده از روشهای هاتل و وارتز که بوسیلة بلیس و ویلیر بسط داده شده اند، تجزیه و تحلیل کرد.
معادلات اصلی برای کلکتورهای تخت بصورت زیر ارائه شده اند]1[:
(1)
معادلة فوق را میتوان برای کلکتورهای متمرکزکننده بصورت زیر بکار برد]1[:
(2)
که در معادلات فوق:
: مقدار حرارت مفید کسب شده بوسیلة کلکتور بر حسب ( ) یا
: مقدار کل تابش خورشید روی کلکتور بر حسب ( ) یا و : میزان تابش مستقیم معمولی بر حسب ( ) یا
: ضریب عبور پوشش، ضریب جذب صفحه در زاویة برخورد
: ضریب تلفات حرارتی بر حسب ( ) یا
: بترتیب درجات حرارت سیال خروجی و ورودی به کلکتور بر حسب یا
: بترتیب درجات حرارت صفحه جاذب و هوای محیط بر حسب یا
: ضریب انعکاس سطح متمرکزکننده و درصد انعکاس یا پرتوهائی که به سطح جاذب می رسند.
: مقدار سیال جریانی (دبی سیال) بر حسب یا
: مساحت سطح جاذب و مساحت دهانه ای که اجازة عبور پرتوهای رسیده را داده است, یا

بیان کلی از راندمان کلکتور را می توان بصورت زیر نشان داد]1-3[:
(3)
محاسبات برای شهرستان ارومیه حاکی از آن است که راندمان کلکتورهای تخت در اول فروردین , در 15 مرداد و در 15 آبان می باشد.

2- سیستم گرمایش کفی

یکی از راههای بهینه سازی و کاهش مصرف انرژی در کشور, استفاده از سیستمهای جدید گرمایشی می باشد. از مؤثرترین سیستمهای گرمایشی که در دو دهة اخیر استقبال بی شائبه ای بخصوص در کشورهای اروپائی و صنعتی از آن شده است, سیستم گرمایش کفی ( ) می باشد.
در این تحقیق پس از معرفی سیستم, به نحوة تأثیر آن در مصرف انرژی پرداخته می شود.

2-1- معرفی سیستم گرمایش کفی

سیستم گرمایش کفی با چرخش آب گرم از میان شبکه ای از لوله های تلفیقی پنج لایه موسوم به PEX-AL-PAX که در کف نصب گردیده اند, به آرامی حرارت را در تمام سطح توزیع می کند. سطح مقطع این لوله در شکل 7 نشان داده شده است.
ویژگی برجسته و منحصر بفرد این نوع لوله ها, چگونگی تلفیق پنج لایة آن است. لایه های بیرونی و درونی از پلیمری با عمر بسیار طولانی و مقاوم در برابر حرارت است که باعث می شوند لوله در برابر خوردگی, زنگ زدگی و رسوب کاملا" مقاوم باشد. لایة میانی یک لولة آلومینیومی با جوش طولی اولتراسونیک است که مقاومت در برابر فشار, حرارت و نفوذ اکسیژن را تأمین می کند.
لایه های فلز و پلیمر طی یک فرآیند دقیق توسط دو لایه چسب مخصوص با هم تلفیق می شوند. در نهایت لوله ای با بالاترین ضریب
اطمینان و طول عمری بیش از 114 سال]5[ که در عین مقاومت مکانیکی بالا, شکل پذیر و سبک بوده و به سرعت و سهولت قابل نصب است, تولید می شود.
تغییرات دما در سیستمهای گرمایشی با رادیاتور بخاطر توزیع نامناسب حرارت بسیار زیاد است. ولی در سیستم گرمایش کفی شبکة لوله تمام کف را پوشش می دهد و بدین ترتیب توزیع حرارت بصورت یکنواخت می باشد. در این سیستم بیش از 60 درصد انرژی بصورت تابشی به محیط انتقال پیدا می کند]5[.
سیستم گرمایش کفی همانطور که به آرامی و بطور یکنواخت محیط خانه را گرم می کند, برای انسان احساس مطبوعی فراهم میکند که فقط با تجربه قابل لمس است. این سیستم, بر خلاف طرق معمول, سطح بالایی از گرمایش تابشی را بدون آنکه باعث خشک شدن هوا شود, ایجاد می نماید. پروفیل دما در این سیستم در مقایسه با سایر سیستمهای گرمایشی منطبق ترین و نزدیک ترین حالت با پروفیل ایده آل شرایط راحتی انسان است. نتایج تحقیقات مختلف حاکی از آن است که آسایش افراد با دمای پایین تر محیط ( ) و دمای متوسط تشعشعی بالاتر( ) حاصل میشود]5[. در شکل 8 سیستم گرمایش کفی با سیستمهای دیگر گرمایشی مقایسه شده است.





سطح مقطع لوله های PEX-AL-PEX شکل 8- مقایسة پروفیل دما برای چند سیستم گرمایشی
لایه ها بترتیب: پلیمر-چسب مخصوص-آلومنیوم-چسب مخصوص-پلیمر

2-2- روشهای کاهش مصرف سوخت

یکی از مهمترین مزایای سیستم گرمایش کفی که باعث گسترش روزافزون آن شده است, کاهش مؤثر مصرف انرژی در مقایسه با سیستمهای گرمایشی متداول می باشد. اما به چه صورتهایی این سیستم میتواند در کاهش مصرف انرژی مؤثر باشد؟ در ذیل به طرق مختلفی که سیستم گرمایش کفی میتواند در کاهش مصرف سوخت تأثیر بگذارد, اشاره شده است.

2-2-1- انتقال انرژی به صورت تابشی

در این سیستم هوا گرم نمیشود, بلکه اجسام و افراد گرم میشوند. همانطور که قبلا" اشاره گردید, در سیستم گرمایش کفی قسمت عمدة حرارت بصورت تابشی به محیط انتقال پیدا می کند. استفاده از این خاصیت انتشار حرارت میتواند به میزان زیادی در کاهش مصرف انرژی مؤثر باشد. برای احساس بهتر گرمای تابشی, یک روز سرد زمستانی را خاطر آورید. در این حالت هنگامیکه از سایه خارج میشوید, تابش نور خورشید کاملا" محسوس و دلنشین می باشد.
فرق اساسی بین انتقال حرارت تشعشعی و حرارت محیطی اینست که در انتقال حرارت محیطی همه چیز عینا" به یک دما گرم میشوند ولی در انتقال حرارت بصورت تشعشعی (مادون قرمز) به خاطر ظرقیت اجسام در جذب اشعه, عملکرد کاملا" متفاوت است. این بدین معنی است که اگر لازم است که هوا و سایر اشیاء را گرم کنیم تا از آن طریق افراد گرم شوند, انرژی بسیار زیادتری نسبت به حالتی که فقط افراد را گرم میکنیم, مصرف خواهد شد. همانطور که مشخص است, انتقال حرارت بصورت تشعشعی برای انسانها حالت ایده آل و مناسبی می باشد, ضمن اینکه بشر در کره ای زندگی می کند که میلیونها سال بطریق تابشی در حال جذب انرژی است. لذا این امکان وجود دارد که با حداقل یک سوم انرژی ای که در حال حاضر مصرف می کنیم, بتوانیم در کمال آسایش زندگی کنیم.
یکی از ویژگیهای سیستم گرمایش کفی اینست که افراد در دمای 3 الی 4 درجة سانتیگراد پایینتر نسبت به سایر سیستمهای گرمایشی نظیر رادیاتور احساس راحتی و آرامش می کنند. این مسئله نیز مشخص شده است که به ازای هر یک درجه کاهش درجه حرارت, 6 در صد کاهش مصرف انرژی داریم. لذا فقط بدلیل این مسئله بین 18 تا 24 درصد مصرف سوخت کمتر در سیستم گرمایش کفی نسبت به سایر سیستمهای گرمایشی وجود دارد]5[.

2-2-2- استفاده از حرارت دقیقا" در جای مناسب آن

در سیستم های گرمایشی متداول (سنتی) قسمت اعظم حرارت
از طریق جابجایی و گرم کردن هوا صورت می پذیرد و با توجه
به این که هوای گرم شده به سمت بالا حرکت می کند, همیشه با
تجمع حرارت در بالای سر, نزدیک سقف و جایی که هیچ
استفاده ای از آن نمی کنیم, مواجه هستیم. در حقیقت در این نوع
سیستم های گرمایشی ما مجبوریم اینقدر فضای بالای سر را گرم کنیم
تا مقداری از حرارت آن به پایین تر منتقل شود, اگر چه در چنین شکل9- مقایسة توزیع دما در یک ساختمان برای دو سیستم گرمایش کفی و رادیاتور

سیستم هایی همیشه مشکل سرد بودن ارتفاع پایین (ارتفاعی که پا در آن قرار دارد) باقی خواهد ماند. ولی در سیستم گرمایش کفی حرارت از کف و بصورت تابشی به محیط ساطع می شود. این مسئله نیز از طریق دیگر باعث صرفه جویی در مصرف سوخت بمیزان قابل توجهی خواهد شد. میزان دقیق صرفه جویی در مصرف سوخت بستگی به پارامترهای مختلفی نظیر ارتفاع سقف, نوع مصالح مختلفی که در سقف استفاده شده و دمای هوای خارج دارد. شکل 9 مقایسة توزیع دما را برای ساختمان مسکونی نشان می دهد.

2-2-3- دمای پایین آب در گردش سیستم

همانطور که قبلا" اشاره شده متوسط دمای آب در گردش سیستم گرمایش کفی 40 الی 45 درجة سانتیگراد می باشد. در حالیکه در سایر سیستمهای گرمایشی دمای متوسط آب گرمایش 75 الی 80 درجة سانتیگراد است. هر چه دمای آب سیستم گرمایش کمتر باشد به علت اختلاف دمای کمتر با محیط, پرت حرارتی کمتری دارد و بالطبع مصرف سوخت نیز بدین ترتیب کاهش پیدا خواهد نمود. نکتة جانبی دیگر اینست که در دمای پایین تر مسلما" عمر تجهیزات از قبیل دیگها, پمپها, شیرآلات و سیستم لوله کشی بسیار بیشتر است.

2-2-4- قابلیت کارکرد با انرژی خورشیدی

دمای پایین مورد نیاز سیستم گرمایش کفی, این امکان مهم و اساسی را فراهم می آورد که بعنوان تنها سیستم تأمین گرمایش, بتوان از انرژیهای پاک, مانند انرژی خورشیدی استفاده نمود.
با توجه به محدودیت منابع سوخت, سیستمهایی که بتوانند در تأمین گرمایش علاوه بر سوخت از انرژی تابشی خورشید بعنوان یک جایگزین مطمئن استفاده کنند از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند. در حال حاضر سیستم گرمایش کفی در استفاده از انرژی خورشید منحصر بفردمی باشد.



2-2-5- قابلیت بهره بری از تکنولوژی مدرن

امروزه یکی بحثهای روز, استفاده از تجهیزاتی است که با راندمان بالا کار کند. از مهمترین وسایل تولید گرما, دیگ است. در چند سال اخیر کشورهای صنعتی موفق به ساخت دیگی با نام دیگ چگالشی (Condensing Boiler) شده اند. بطور مختصر می توان دیگهای چگالشی را بدین صورت معرفی نمود:
دیگهای معمول (غیر چگالشی) فقط از گرمای محسوس سوخت استفاده نموده و از گرمای نهان سوخت استفاده نمی کنند. در حالیکه حدود 20 درصد انرژی سوخت بصورت نهان می باشد. از طرف دیگر, حداکثر راندمان دیگهای غیر چگالشی 80 درصد می باشد. در کشور ما وضع بحرانی تر از این است, راندمان بخاری های تولیدی در ایران 60 درصد و آبگرمکن ها 70 درصد می باشد. با توجه به اینکه در عمل این وسایل گرمایشی در نقطة طراحی کار نمی کنند, راندمان متوسط آنها کمتر از 50 درصد است. این در حالی است که در دیگ های چگالشی راندمان به 98 درصد افزایش پیدا کرده است]5[.
نکتة قابل تأمل این است که هر چه دمای آب برگشتی به دیگهای چگالشی کمتر باشد, راندمان آن بالاتر بوده و اصولا" دمای برگشت در این سیستمها نباید از 55 درجة سانتیگراد بیشتر باشد. لذا سیستم گرمایش کفی با دمای بین 30 تا 40 درجة سانتیگراد مناسبترین سیستم برای کار با دیگهای مدرن چگالشی می باشد.

2-2-6- استفادة مؤثر از سیستمهای کنترلی و تفکیک فضاها

یکی دیگر دلایل مهمی که در سیستمهای گرمایشی سنتی باعث اتلاف حرارت می شود, مشکل عدم کنترل دما بر حسب شرایط مختلف جوی در طول فصل سرمایش می باشد. این مسئله به اندازه ای اهمیت دارد که طبق آماری که معاون سازمان بهینه سازی مصرف سوخت اعلام کرده اند, چیزی در حدود 50 تا 60 درصد مصرف انرژی ساختمان را میتوان با کنترل دما کاهش داد.
از ویژگیهای بارز سیستم گرمایش کفی, استفادة مؤثر از کنترل دما در هر فضا و همچنین تفکیک فضاهای مختلف براساس بار حرارتی مستقل می باشد.

بحث و نتیجه گیری

سیستمهای آبگرمکن خورشیدی و همچنین گرمایش کفی در واقع یک سرمایه گذاری بلند مدت بوده که در طول عمر کاری شان, صرفه جوئی مالی و انرژی فراوانی بهمراه دارند.
در مقالة حاضر سیستمهای مختلف گرمایشی برای یک آپارتمان 4 طبقه با 16 واحد مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته و نسبت به سیستمهای موجود گرمایش با آب, مقایسه شده اند. در این مطالعه سیستمهای حرارت مرکزی با بکارگیری آبگرمکنهای خورشیدی جهت تأمین آبگرم مصرفی, سالیانه حدود 26316560 ریال صرفه جوئی مصرف انرژی را نشان می دهد.
اگر این فرهنگ استفاده از انرژی خورشیدی در کل کشور عملی شود, سالیانه رقمی در حدود 13 10*64/1 ریال صرفه جوئی در مصرف سوختهای فسیلی و مصرف برق برای کشور به دنبال خواهد داشت (با فرض اینکه اعضای هر واحد ساختمان 4 نفر باشند, سالیانه به ازای هر نفر 411200 ریال صرفه جوئی خواهد شد, حال اگر جمعیت استفاده کنندة کل کشور را 40 میلیون نفر در نظر بگیریم, آنگاه 13 10*64/1 ریال یا 9/1 میلیارد دلار صرفه جوئی فقط برای سیستم آبگرمکن خورشیدی به دنبال خواهد داشت).
همچون سایر منابع انرژی تجدیدپذیر, آبگرمکنهای خورشیدی در کنار آسودگی که برای دارندگانشان بهمراه دارند, ازهرگونه آثار مخرب زیست محیطی بدور بوده و ازطول عمر مناسبی نیز برخوردار هستند. مضاف اینکه نوسانات حاکم بر بازار انرژی هیچ گونه تأثیری بر روی آن نخواهد داشت.
در کار حاضر سیستمهای گرمایش کفی نیز برای ساختمان فوق الذکر مطالعه شده و مقایسه ای بین این نوع سیستمهای گرمایشی با نوع رادیاتوری انجام یافته است. نتیجة مطالعات نشان می دهد که هزینة سرمایه گذاری اولیة آن نسبت به سیستم رادیاتور 10% بیشتر است. ولی هزینة ماهیانة آن نسبت به رادیاتور فوق العاده پایین بوده تا آنجا که, سالیانه حدود 37440 لیتر گازوئیل کمتر مصرف شده و حدود 981250 ریال در مصرف برق صرفه جوئی می شود. از این بابت نیز در کل کشور حدود 72/907 میلیون دلار صرفه جوئی در مصرف سوخت و برق خواهد شد. نتیجتاً استفاده از سیستم ترکیبی گرمایش کفی و آبگرمکنهای خورشیدی رقمی در حدود 807/2 میلیارد دلار در سال برای کشور صرفة اقتصادی را در برخواهد داشت.
نتایج این تحقیق بصورت جدول زیر ارائه می شود:


نسبت میزان مصرف سالیانة انرژی به هزینة اولیه سرمایه گذاری
هزینة سرمایه گذاری اولیه نسبت به رادیاتور
میزان مصرف سالیانة انرژی (سوخت + برق) نسبت به سیستم رادیاتور


64/0 1/1 76/0 گرمایش کفی
4/0 71/1 68/0 رادیاتور+آبگرمکنهای خورشیدی
25/0 78/1 45/0 گرمایش کفی+آبگرمکنهای خورشیدی

همانطور که مشاهده می شود, مصرف سالیانة انرژی در سیستم ترکیبی گرمایش کفی و آبگرمکن خورشیدی, حدود 45/0 مصرف انرژی در سیستم رادیاتور بوده ولی هزینة سرمایه گذاری اولیة آن نسبت به رادیاتور حدود 78/1 می باشد.
لازم به ذکر است که این میزان کاهش مصرف انرژی در حالتی درنظر گرفته شده است که در هر دو سیستم, امکانات کنترلی و ترموستاتی بصورت یکسان رعایت شود. با توجه به عدم رعایت این موضوع در رادیاتورها, کاهش مصرف انرژی در عمل خیلی بیشتر از مقدار بدست آمده در فوق خواهد بود.


مراجع
1. مهندس اصغر حاج سقطی, " اصول و کاربرد انرژی خورشیدی", انتشارات دانشگاه علم و صنعت ایران, چاپ اول,1380
2. علیرضا شکیبی, آبگرمکن های خورشیدی, ماهنامة فنی, مهندسی تهویه مطبوع, سال اول- شمارة نخستین- فروردین 1382
3. مهندس سید جلال قائم مقامی, دکتر عزت الله آزاد, دکتر حسین پناهنده, دکتر فرامرز گئولا, " انرژی خورشیدی (مبانی, طراحی)", جلد اول و دوم, انتشارات دانشگاه تهران, 1368
4.
5. مهندس علی ساروخانی, شرکت سوپر پایپ اینترناشنال "تأثیر سیستم گرمایش کفی در میزان مصرف انرژی"
6. ماهنامة فنی, مهندسی تهویه مطبوع, قیمت لوازم تأسیساتی و تجهیزات سرمایشی و گرمایشی, سال دوم- شمارة نوزدهم- آبان 1383
7. سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور," فهرست بهای واحد پایه رشته تأسیسات مکانیکی سال 1383"
آخرین ارسال های من :

منم شهرسازی که می سازمت ، چو ایران جدم کوروش
موضوعات مرتبط با این موضوع...
موضوع نویسنده بازدید آخرین ارسال
  شناخت معماری منظر مدرن MHAKBARI 1,278 1393-8-28، 07:47 عصر
آخرین ارسال: MHAKBARI
  دانلود کانسپت و معماری atelieahjam 1,580 1393-8-28، 02:22 عصر
آخرین ارسال: atelieahjam
  مشاوره معرفی رشته مهندسی معماری atelieahjam 1,045 1393-7-17، 05:37 عصر
آخرین ارسال: atelieahjam
  معماری داخلی anita30 1,080 1393-6-21، 10:26 عصر
آخرین ارسال: anita30
  پارامتر چیست؟ و در سبک معماری چه نقشی دارد leila 1,279 1393-5-25، 10:28 عصر
آخرین ارسال: leila
  معماری داخلی مراکز درمانی leila 1,251 1393-5-20، 04:25 عصر
آخرین ارسال: leila
  هنر معماری با کاغذ atelieahjam 1,122 1393-3-10، 08:58 عصر
آخرین ارسال: atelieahjam
  معماری و المپیک 2012 MHAKBARI 1,757 1392-10-12، 09:10 عصر
آخرین ارسال: kazhalbonita
Smile معماری های داخلی و بیرونی ساختمان vahddoIati8 1,270 1392-9-19، 04:18 عصر
آخرین ارسال: vahddoIati8
Smile معماری های داخلی و بیرونی ساختمان vahddoIati8 896 1392-9-19، 03:59 عصر
آخرین ارسال: vahddoIati8
کاربرانِ درحال بازدید از این موضوع: 1 مهمان
[-]
جستجو
جستجوی گوگل