نحوه صرفه‌جویی انرژی در سیستم تهویه مطبوع ساختمانها

بهره‌گیری مناسب از انرژی گرمایشی و سرمایشی در ساختمانها، همواره یكی از راههای مناسب صرفه‌جویی در مصرف برق و سایر مولدهای انرژی بوده است.
تهویه مطبوع یكی از راههای استفاده از انرژی گرمایشی و سرمایشی در ساختمانها است كه می‌تواند فرصت‌های مناسبی را برای صرفه‌جویی در بناها به وجود آورد.
مقاله زیر كه به وسیله مهندس معصومه لاجوردی از كارشناسان شركت مهندسین دانشمند برق اصفهان تدوین شده فرصتهای صرفه‌جویی انرژی در سیستم تهویه مطبوع مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.
تهویه مطبوع فرآیندی است كه وضعیت هوای موجود در ساختمان را با تنظیم رطوبت، دما،‌ تشعشع، فشار،‌ پاكیزگی و گازهای موجود در هوا جهت ایجاد شرایط مورد نیاز انسان تغییر می‌دهد و هدف آن حفظ آسایش و سلامت برای جسم افراد است.
اصولاَ آسایش انسان در ساختمان به دمای هوا، چگونگی سرعت جریان هوا، دمای متوسط تشعشع سطوح محیط (MRT) ، رطوبت نسبی و كنترل بو و غبار بستگی دارد.
بنابراین شرایط مناسب برای آسایش انسان به تناسب افراد، سنین مختلف، نوع و تعداد لباس و نوع فعالیت آنان تغییر پیدا می‌كند.
با توجه به اینكه نمی‌توان تمامی متغیرهای فوق را برای هر ساختمان مشخص كرد و یا تعداد افراد را دقیقاَ تعیین كرد، بنابراین سیستمهای تهویه مطبوع برای ایجاد محدوده‌ای از شرایط آسایش قابل انعطاف طراحی می‌شود.
● اصول كلی مدیریت انرژی در ساختمانها
اصول كلی مدیریت انرژی در ساختمانها به طور كلی در ۱۰ بند به شرح ذیل مشخص می‌شود:
۱) اعمال كنترل بر سیستمهای گرمایش، سرمایش و تاسیسات روشنایی.
۲) بهینه‌سازی بار ساختمان.
۳) كاهش بار ساختمان.
۴) ایجاد سیستمهای گرمایش و سرمایش در مناطقی كه باید وجود داشته باشد.
۵) استفاده از فرآیندهای گرمایش و سرمایش خاص هر منطقه جغرافیایی.
۶) استفاده از تجهیزات با راندمان بالا.
۷) بهره‌برداری موثر از تجهیزات.
۸) استفاده از مفاهیم طراحی پاسیو (طراحی انفعالی) با رعایت نكات لازم در طراحی.
۹) بازیافت انرژی.
۱۰) فراهم كردن امكانات ذخیره‌سازی انرژی.
● اصل اول: اعمال كنترل بر سیستم‌های گرمایش و سرمایش و تاسیسات روشنایی
این كنترل بر سه نوع است:
▪ كنترل با دمای محلی با استفاده ار ترموستات
▪ كنترل زمانی با استفاده از راه‌انداز سیستم
▪ كنترل جمعی با استفاده از كامپیوتر
▪ در استفاده از ترموستات دمای یك فضا با استفاده از یك سوئیچ زمانی كنترل می‌شود.
▪ در كنترل زمانی مثلاَ یك ساعت قبل از شروع كار، سیستم‌های گرمایش و سرمایش و روشنایی مورد استفاده قرار گرفته و یك ساعت بعد از اتمام كار خاموش می‌شوند. در این نوع كنترل با اعمال زمان خاموشی و روشن بودن وسایل، حدود ۸ ساعت از وسایل استفاده شده و ۱۶ ساعت بدون كاربرد خواهند ماند و در این صورت صرفه‌جویی انرژی انجام خواهد گرفت، به علاوه در كنترل زمانی می‌توان از یك جبران‌كننده استفاده كرد كه بدین ترتیب جبران‌كننده‌های دمای میانی گردش دما را با افزایش و كاهش دمای خارجی تنظیم می‌كنند.
بنابراین سیستم كنترل زمانی دو مزیت دربر خواهد داشت:
▪ قطع سیستم‌های مورد نظر در زمانهایی كه نیاز به گرمایش و سرمایش و روشنایی نیست.
▪ امكان كاهش و افزایش دمای سیستم متناسب با دمای خارجی ساختمان با استفاده از جبران‌كننده.
▪ در كنترل با استفاده از حالت جمعی تمامی اطلاعات یك ساختمان مدرن به رایانه داده می‌شود. از جمله: اطلاعات موتورخانه‌ها، فضاها و مانند آن. در این صورت كنترل لازم براساس رایانه و برنامه‌ریزی توسط آن صورت می‌پذیرد.
● كاهش بار ساختمان
منظور از بار ساختمان عبارت است از: مقدار انرژی مورد نیاز برای گرم كردن و یا سرد كردن ساختمان. بارهای حرارتی خورشیدی، حرارت تجهیزات، بارها یا تلفات حرارتی هدایت با تشعشع همگی می‌توانند به بار منبع حرارتی ساختمان اضافه یا كم شوند. بنابراین برای كاهش بار ساختمان باید به پارامترهای زیر توجه كرد:
▪ استفاده از پنجره‌های دوجداره برای جلوگیری از نفوذ هوا از درزها
▪ استفاده از جهت ساختمان به طور مناسب (شرق – غربی) برای به حداقل رساندن تشعشعات نور خورشید بر روی ساختمان.
▪استفاده از حداكثر نور در روز.
▪ پوشاندن جداره‌های ساختمان با استانداردها و عایقهای مناسب.
▪ استفاده از حداقل هوای تهویه.
▪به كاربردن سایبان.
▪ كاربرد پوشش‌های انعكاسی در سطوح انتقال حرارت.
▪ تخلیه حرارت خروجی و تلف‌شده تجهیزات.
▪ بهینه‌سازی سیستم روشنایی ساختمان.
● بهینه‌سازی بار ساختمان:
این اصل عبارت است از: كاهش بار مورد نیاز برای مصرف در حد قابل قبول. بدین معنی كه در طراحی باید بار مورد نظر برای سیستم‌های گرمایش و سرمایش و نیز تاسیسات روشنایی به اندازه لازم درنظر گرفته شود. به عنوان مثال: اگر بار سیستم تهویه ماكزیمم مقدار انتخاب شود،‌
در نتیجه فن تهویه، هوای اضافی بیشتری خواهد داشت و باید با كاهش میزان انرژی به كاهش مصرف فن اقدام كرد.
استفاده از بارهای سرمایشی و گرمایشی در محل‌هایی كه باید وجود داشته باشد: منظور از سیستم تهویه مطبوع گرم كردن و سرد كردن افراد است نه ساختمان. تشخیص این واقعیت ساده می‌تواند به تغییراتی در الگوهای اجرایی منجر شود كه حاصل آن صرفه‌جویی‌های بزرگی است.
بدین منظور به جای راهروها، فضاهای ارتباطی، فضاهای خالی و مانند آن كه افراد فقط از آنجا عبور می‌كنند، مكانهایی را كه افراد در آن مشغول كارند باید تهویه كرد. جهت انجام این كار بهتر است ساختمان را از دیدگاه حرارتی به صورت افقی و عمومی به شرح زیر تقسیم‌بندی كرد:
الف) فضاها را از نظر نیاز و یا عدم نیاز به تهویه مطبوع مرتب كرده و اتاقهایی كه نیاز به تهویه مطبوع ندارند نزدیك دیوار بیرونی قرار داد.
بدین ترتیب یك دیوار دو جداره برای بخش تهویه شونده ایجاد می‌شود.
ب) اتاقها را براساس نیاز از نظر كار و شغل با استفاده از جداول زمان كاری و در نظر گرفتن حركت كاركنان و اثاثیه و قراردادن اتاقهایی كه تولید بار حرارتی بالایی دارند نزدیك دیوار بیرونی، تقسیم‌بندی كرد.
ج ) از یك صفحه كمكی برای جداسازی ناحیه‌های گوناگون حرارتی استفاده كرد.
د) ورودیها را به سمت محیط‌های بسته یا حفاظت‌شده در مقابل باد قرار داد.
● استفاده از فرآیندهای موثر گرمایش و سرمایش
در ساختمان‌سازی جدید، تركیب ساختمانهای با عایق‌بندی مناسب و جنبه‌های طراحی انفعالی می‌تواند انرژی گرمایشی را به مقدار زیادی كاهش دهد. بنابراین در طراحی باید به نوع منطقه و شرایط آب و هوایی آن توجه كرد و برحسب این موضوع از سیستم‌های گرمایش و سرمایش خاص آن منطقه استفاده كرد.
با توجه به این موضوع ۳ نوع سیستم سرمایشی به شرح زیر معرفی می‌شود:
▪ سیستم سرمایشی تبخیری كه در مناطق با رطوبت كم و هوای خشك به كار می‌رود.
▪ سیستم سرمایشی تبریدی یا تراكمی كه به بخار نیاز ندارد.
▪ سیستم سرمایشی چیلر جذبی كه به بخار نیاز دارد.
بنابراین در شرایط آب و هوایی خاص، مصرف انرژی سرمایشی تبخیری و تر یا خشك از مصرف انرژی نوع تبرید كمتر است. همچنین برای یك اندازه خاص موتور، محدوده نسبتاً وسیعی از راندمان (كارایی) موتور الكتریكی وجود دارد و به طور مشابه در محركهای موتوری یا پمپ‌های سرعت متغیر امكان صرفه‌جویی انرژی وجود دارد.
● استفاده از تجهیزات با راندمان بالا
استفاده از تجهیزات با راندمان بالا: استفاده از الكتروموتورهای با راندمان بالا و استفاده از دیگ‌های با بازدهی بالا را می‌توان نام برد. در صنعت سه نوع چیلر فشرده‌سازی مكانیكی وجود دارد، كه عبارتند از:
۱) گریز از مركز.
۲) پیچشی.
۳) رفت و برگشتی پیستونی.
كه چیلرهای قدیمی معمولاً راندمانی از ۸/۰ تا ۱ كیلووات ساعت بر تن داشته‌اند، در حالیكه راندمان چیلرهای جدید تا مقدار ۴۹ كیلووات ساعت بر تن افزایش یافته و مصرف انرژی آنها نصف شده است.
● بهره‌برداری موثر از تجهیزات
در این بند می‌توان به موارد زیر اشاره كرد:
۱) استفاده از موتورهای با بارگذاری مناسب.
۲) بازدید به موقع از تجهیزات.
۳) سرویس، تعمیر و نگهداری مناسب تجهیزات با توجه به دستورالعملهای سازنده.
۴) تنظیم مناسب كنترلها.
۵) اندازه‌گیری و انجام تست‌های لازم جهت اطمینان از عملكرد صحیح تجهیزات.
به عنوان مثال: تست عملكرد پمپها و نیز تست و محاسبه راندمان دیگهای بخار می‌تواند از این نوع باشد.
● استفاده از مفاهیم طرح پاسیو یا طراحی انفعالی:
این كار عبارت است كه نكاتی كه لازم است در طراحی ساختمان انجام شود تا جریان انرژی از محیط خارج به داخل به حداقل برسد. بدین منظور باید طراحی ساختمان یا بارسازی مجدد آن به طریقی باشد كه جریان انرژی به محیط و از محیط را بهینه سازد و از انرژی خورشید و روشنایی روز و دمای هوای خارج حداكثر استفاده شود.
● بازیافت انرژی:
هر جا كه امكان اتلاف انرژی وجود داشته باشد باید آنرا بازیابی كرد.
مانند: بازیابی میزان انرژی خروجی از دودكش دیگهای بخار جهت گرم كردن هوای احتراق. این موضوع ویژه در هوای سرد مهم و دارای ارزش اقتصادی است. در واقع حتی اگر تفاوت درجه حرارتهای كم و توجیه اقتصادی فرآیند دشوارتر باشد باز هم می‌توان ”سردی” را بازیافت كرد.
● امكان ذخیره‌سازی انرژی:
ذخیره‌سازی سرمایه به معنی استفاده از انرژی الكتریكی در ساعات غیر پیك برای ایجاد سرمایش و استفاده از سرمایش ذخیره شده در ساعات پیك است. این كار می‌تواند با ذخیره‌سازی آب سرد یا یخ باشد. ذخیره‌سازی یخ نیاز به حجم كمتری دارد و این كار می‌تواند موجب كوچك شدن اندازه چیلر در مرحله طراحی بوده و یا نیاز به خرید چیلر با ظرفیت جدید برای سیستم وجود داشته باشد كه نیاز به افزایش ظرفیت دارد.

منبع:
- مبانی صرفه‌جویی و اصول مدیریت انرژی – سازمان بهره‌وری انرژی ایران – سال ۱۳۸۴

منبع : ماهنامه پیک برق