عایق های حرارتی

۱- انواع روشهاي گرمايش و سرمايش در ساختمانهاي مسكوني و تجاري
مقدمه:
تهيه محيط مناسب براي زندگي در فصول مختلف سال يك مسئله مهم است. انسان اوليه با شناختن آتش در كلبه ها و غارها ،ايجاد گرماي غير سالم توام با دود ، تااندازه اي خود را در زمستان سرد حفظ ميداشت و بعدها با گذاشتن دود كش ،هدايت دود بخاري با ساخت اولين بخاري ديواري انجام گرفت.روميها به طريق بسيار جالبي ،يعني گرم كردن كف ساختمانها بوسيله نصب كانالهاي دود محيط را گرم مي كردند،كه هنوز در بعضي از نقاط آثار آن باقي است.

امروز يكي از سيستمهاي معمول بنام گرمايش تشعشعي به تقليد از اين روش مورد استفاده قرار مي گيرد.با افزايش جمعيت جهان و محدود بودن منابع انرژيهاي فسيلي ،نياز به بررسي و تحقيق بيشتر در رسيدن به راههاي عملي و صحيح بهره برداري از اين انرژيها ،فرايندي است كه مي بايست با دقت هر چه تمامترانجام گيرد.

در اين فصل علاوه بر اشاره به روشهاي مختلف گرمايش و سرمايش ،بررسي در مورد روشهاي صرفه جويي و همچنين جلوگيري از اتلافات حرارتي و برودتي
صورت خواهد گرفت.

۱-۱- روشهاي گرمايش ساختمان به صورت مجزا
در اين روشها جهت گرمايش هوا در محيط داخلي ساختمان از منابع جداگانه نسبت به گرمايش آب مصرفي روزانه استفاده شده و گرمايش آب مصرفي و هوا ساختمان به صورت پيوسته نيست .

بطورطبيعي در اين روش مصرف كننده هاي مختلف انرژي وجود خواهند داشت كه به تفضيل توضيح داده خواهد شد.
۱-۱-۱-گرم كردن هواي داخلي ساختمانهاي مسكوني و تجاري (به صورت مجزا)
ميدانيم كه درجه حرارت بدن انسان ثابت بوده و ۳۷ درجه سانتيگراد

مي باشد.اصطكاكهاي داخلي بدن همانند (جريان خون ، حركت عضلات ) وعكس
ا لعملهاي گرمازاي داخلي در انسان توليد انرژي حرارتي كرده كه بايد به خارج دفع شود تا درجه حرارت بدن به علت افزايش اين انرژي حرارتي بالا نرفته و همواره ثابت باشد.آزمايشات نشان ميدهد كه انسان در حال فعاليت كم ،وقتي احساس راحتي مي كند كه درجه حرارت و رطوبت نسبي محيط در شرايط مطبوع بوده و دفع انرژي حرارتي از بدن بدان گونه باشد كه احساس نامطلوبي در شخص ايجاد نكند.

اين شرايط در فصل زمستان و تابستان متفاوت است . وقتي درجه حرارت كمتر از اين مقدار باشد بدن شخص در مقابل عكس العملهاي گرمازا قرار گرفته و شخص احساس سرما خواهد كرد كه در اين حالت نياز به گرمايش محيط داخلي ساختمان وجود خواهد داشت .
در جدول زير شرايط جهت احساس مطلوب براي انسان در محيط داخلي ساختمان و در فصل زمستان مشخص شده است.

جدول (۱-۴):شرايط داخل ساختمان در زمستان[khasto,B; 1991]
محل درجه حرارت استاندارد محل درجه حرارت استاندارد
سالن غذا خوري ۲۰-۱۸ تئاتر،سينما،رستوران ۲۰
اطاق نشيمن ۲۱-۲۵ بيمارستان،اطاق عمل ۳۵-۲۱

هتل و اتاق خواب ۲۱ بيمارستان،اتاق بيماران ۲۱
حمام ۲۷-۲۱ كارخانجات با كار سبك ۱۸-۱۶
سرويسهاي بهداشتي ۲۰ كارخانجات باكارسنگين ۱۶-۱۰
آشپز خانه ۱۸ مدرسه و سالن كنفرانس ۲۰-۱۸

دفتر كار ۲۰ مدرسه،سالن كنفرانس ۲۰-۱۸
سالنهاي ورزشي ۱۸-۱۳ اطاق رنگ كاري ۲۷
اماكن عمومي ۲۲-۲۰ حمام بخار و سونا ۴۳

جهت رسيدن به دماي مطلوب در ساختمانهاي تجاري و مسكوني در سيستمهاي مجزا استفاده از بخاريها مي باشد.
انواع بخاريهايي كه در حال حاضر در كشور ايران استفاده مي شود به شرح زير هستند:
• بخاريهاي گازي
• بخاريهاي نفتي
• بخاريهاي برقي

 

بخاريهاي گازي:
اين مدل بخاريها در حال حاضر در كشور ما ايران ،توليد گسترده اي پيدا كرده است و شركتهاي متعددي در اين زمينه فعاليت دارند . اين بخاريها در حال حاضر با بازدهي بسيار كمي حدودا كمتر از ۷۰-۶۰ در صد به نوع تكنولوژي ساخت كار مي كنند و ما بقي انرژي دريافتي خود را تلف مي كنند .
در سالهاي اخير با تمهيداتي كه اداره استاندارد با همكاري شوراي لوازم گاز سوز در نظر گرفته كه شركتهاي توليد كننده را ملزم به افزايش راندمان كاري اين نوع بخاريها كرده است.

يكي از اين تمهيدات ،اختصاص برگهاي انرژي * روي محصولات خانگي من جمله بخاريهاي گاز سوز است كه به صورت اجباري از سال ۱۳۸۱ بروي لوازم خانگي نصب شده و آگاهي لازم به مصرف كننده نسبت به راندمان محصول داده خواهد شد.
همانطور كه ميدانيم انتقال حرارت از بخاريها ،خصوصا در بخاريهاي گاز سوز به محيط داخلي ساختمان از چهار طريق صورت ميپذيرد .
بسته به نوع انتقال حرارت چهار نوع كلي از بخاريهاي گاز سوز وجود دارند:
• بخاريهاي گاز سوز با انتقال حرارت جابجايي
• بخاريهاي گاز سوز با انتقال حرارت جابجايي-تشعشعي
• بخاريهاي گاز سوز با انتقال حرارت جابجايي اجباري

• بخاريهاي گاز سوز با انتقال حرارت جابجايي اجباري-تشعشعي
)۴-۴(
بخاريهاي گازسوز با انتقال حرارت جابجايي:
اين نوع بخاريها متداولترين نوع استفاده شده در كشور ما ميباشدو متاسفانه پايين ترين راندمان را نيز دارد. در اين نوع بخاريها گاز پس از عبور از شير كنترل وارد برنر*شده و روي برنر در محفظه احتراق ،محترق مي شود.در داخل محفظه احتراق با نصب براكتهايي گازهاي سوخته شده را ازمسيرهاي از پيش طراحي شده حركت ميدهند و در اين حركت گازها ،گرما به جدارههاي بيروني و از آنجا بطريق جابجايي طبيعي به محيط اطراف منتقل خواهد شد.
طي آزمايشات انجام شده در صورتيكه اين بخاريها در بهترين حالت كار كنند در شرايط آزمايشگاهي به شرايط زير خواهيم رسيد:

۸% = ميزان co2 در خروجي
ppm50=ميزان co در خروجي

c 250 = دماي دودكش

طي آزمايشان انجام شده در اين نوع بخاريها ما ناگزير از توليد آلاينده هاي محيط زيست از قبيل دي اكسيد كربن و منواكسيد كربن مي باشيم و در صورتيكه بخواهيم از ميزان آلاينده ها كم كنيم به تعداد زيادي از راندمان بخاري كسر شده و اتلاف انرژي بسيار زيادي خواهيم داشت . كه در حالت ايده ال براي آلاينده ها در شرايط آزمايشگاهي به نتايج زير مي رسيم.
۷/۲% = ميزان co2 در خروجي
ppm0=ميزان co در خروجي

c 120 = دماي دودكش
ولي در اين حالت راندمان سيستم ما به ، ۴۰ در صد خواهد رسيد كه در واقع ما ۶۰ درصد از گازهاي سوخته را از دودكش هدر خواهيم داد.

بخاريهاي گاز سوز با انتقال حرارت جابجايي-تشعشعي:
اين نوع بخاري يكي از بهترين انواع بخاري است كه با شرايط ايران بسيار سازگار است . در اين نوع بخاريها حرارت به دو روش جابجايي و تشعشعي انتقال )۴-۵(مي يابد. بديهي است كه در اين نوع بخاريها راندمان بسيار بالا تر خواهد بود.

اين نوع بخاري به علت داشتن سراميك ،گرماي حاصل از احتراق را علاوه بر جابجايي ،از طريق تابشي نيز انتقال ميدهد و انتقال حرارت تابشي اين خاصيت را دارد كه قبل از اينكه هواي محيط گرم شود گرما از طريق تابش به اطراف رسيد ه و محيط را گرم مي كند . لازم به ذكر است كه انتقال حرارت از طريق تابش با توان چهارم دما ارتباط مستقيم دارد ۴ T A▲ εδ=σ درحاليكه از طريق جابجايي با توان اول دما مرتبط است MCAT = σ بنا براين داراي راندمان بالا مي باشند. در اين رابطه A سطح مفيد سراميكها ،δ .ثابت استفان – بولتزمان برابر ۴ K 2 M /W8-10*67/5 يا ۴ hrk2m/kcal 8- 10*88/4 ،ε قابليت تابش جسم ،▲T اختلاف دما بين جسم و محيط ،m جرم هواي جابجا شده و c ظرفيت گرماي ويژه هوا و در نهايت σ برابر ميزان انرژي ايجاد شده است.

بدين ترتيب بعد از گذشت چند ثانيه از روشن كردن اين نوع بخاري گرما به صورت تشعشعي انتقال پيدا خواهد كرد و مصرف كننده آن را احساس خواهد كرد .در حال حاضر اين نوع بخاري دردو مدل دودكش دار و بدون دود كش توليد مي شود .چون در مدل بدون دودكش دار اين بخاريها تمامي گازهاي سوخته شده نيز وارد محيط داخلي ساختمان مي شوند ،راندمان تقريبابه ۱۰۰ درصد نزديك خواهد شد.

جهت جلوگيري از خطرات ناشي از سوختن گازهاي هيدرو كربني در اين نوع بخاريها از يك سيستم محافظ ،بنام O.D.S * استفاده مي شود.طرز كار اين سيستم به اين صورت مي باشدكه در حالت طبيعي اكسيژن محيط ۲۱ درصد از حجم هواي اطراف ما را تشكيل ميدهد ،در صورتيكه ك مقدار اكسيژن محيط از ۲۱ درصد به ۱۷ درصد برسد شعله پيلوت* به دنبال اكسيژن به سمت بالا رفته و در اين حالت ترموكوپل* بخاري سرد شده و مسير گاز بسته مي شود و بخاري در اين حالت خاموش مي شود..لازم به ذكر است اين سيستم طي آزمايشات در آزمايشگاه فيزيك شركت آبسال در مقدار ppm80 از منواكسيد كربن دستور خاموش بخاري را صادر خواهد كردو همانطور كه ميدانيم از نظر استاندارد محيط داخلي ساختمان تا ppm 200 مجاز خواهد بود.

بخاريهاي گاز سوز با انتقال حرارت جابجايي اجباري
اين نوع بخاريها ،از لحاظ تكنولوژي ساخت بسيار به بخاريهاي با انتقال حرارت جابجايي مشابه هستند ،تنها تفاوت اصلي در آن اين است كه هواي گرم شده توسط يك فن به محيط ساختمان هدايت ميشود . اين بخاريها مي توانند با سرعت خوبي هوا ساختمان را به صورت يكنواخت گرم كنند ولي چون فن دستگاه نيز با جريان الكتريكي و برق ساختمان كار مي كند خود نيز عامل مصرف انرژي مي باشد . لذا مي بايست در طراحي استفاده از اين نوع بخاري دقت زيادي به عمل آيد. در اين نوع بخاريها گاز در برنر مشتعل شده و گازهاي سوخته توسط لوله هايي به طرف دود كش هدايت مي شود.در پشت لوله هاي خروجي گازهاي سوخته شده فن قرار خواهد گرفت و گرما را به سرعت به اتاق منتقل خواهد كرد .

لازم به ذكر است توليد كننده ها ي اين نوع بخاري در ايران شركتهاي انرژي و پلار مي باشند كه عموما در سطح كارگاههاي صنعتي ،مساجد و راهروهاو مدارس استفاده مي شوند.

بخاريهاي گاز سوز با انتقال حرارت جابجايي اجباري و تشعشعي:
اين نوع بخاريها به تمامي روشهاي انتقال حرارت مي توانند ،حرارت را منتقل نمايند . تكنولوژي ساخت اين نوع بخاري مربوط به يك شركت ژاپني بنام ريناي ۱ مي باشد.[Website;RinnaiHeater.htm] در سال ۱۳۶۱ براي اولين بار شركت آبسال اين نوع بخاريها را در مدل ۹۰-R و ۲۰۰۰-RC وارد ايران نمود ،در سالهاي اخير نيز شركت صنعتي برفاب از اين تكنولوژي استفاده و اقدام به توليد آن كرده است .

اين نوع بخاريها با بازده بسيار بالا در حدود %۸۰ كار مي كنند و تنها هزينه نصب بالايي دارند.نحوه كار اين نوع بخاريها به اين ترتيب است كه گاز پس از عبور از شير كنترل وارد برنر شده و در آنجا محترق خواهد شد.در اين احتراق جرقه اوليه توسط مولد جرقه داخل شير توليد و توسط جرقه زن پيلوت دستگاه روشن خواهد شد.درهمين هنگام اين گاز ورودي به كمك شعله پيلوت محترق خواهد شد. هواي ثانويه جهت سوخت نيز از سوراخهاي بسيار ريزي كه روي يك نوع سراميك ويژه كه جهت اين نوع بخاريها طراحي شده است تامين شده و سراميكها سرخ خواهند شد. گرماي حاصله نيز توسط يك فن كه پشت محفظه احتراق*وجود دارد، در كل اطاق منتشر خواهد شد و گازها سوخته توسط دودكش به بيرون هدايت خواهد شد .مصرف گاز شهري اين بخاريها نيزhr/ 3 m 3/1 در حالت حداكثر بار مي باشد

• بخاريهاي نفتي:
اين نوع بخاريها مدتهاي مديدي در ايران استفاده مي شده اند و در حال حاضر نيز در برخي از نقاط كشور كه فاقد شبكه گاز رساني شهري مي باشند و دسترسي به كپسولهاي گاز مايع نيز مشكل ميباشد ، استفاده مي شوند.
طرز كار اين نوع بخاريها به اين صورت است كه نفت از يك شير تنظيم كننده وارد يك محفظه احتراق شده و در آنجا به صورت دستي محترق خواهد شد و حرارت به صورت جابجايي به محيط اطراف هدايت خواهدشد. اين نوع بخاريها با راندمان بسيار پاييني كار مي كنند و مشكلاتي از قبيل بوي ناهنجار و سختي استفاده ،از معايب آن مي باشد.

 

• بخاريهاي برقي :[Website;Safe Use Of Portable Heaters.websiteP 2002]
اين نوع بخاريها معمولا به صورت قابل حمل* و با حجم كم ساخته مي شود .سيستم اين نوع بخاريها به اين شكل است كه جريان الكتريسته پس از عبور از يك مقاومت ،به علت مقاومت بالاي مقاومت،جريان الكتريسته را به گرما تبديل مي كند . معمولا در اين نوع بخاريها سعي بر اين است كه از طريق تشعشعي نيز گرما منتقل شود . ولي به هر حال بدليل مصرف بالاي برق اين نوع بخاريها W1000 به ازاي هر يك مقاومت ،استفاده از اين نوع بخاريها به هيچ عنوان نمي تواندمقرون به صرفه باشد.

اولين ومتداولترين نوع بخاريها ي برقي قابل حمل از نوع تبديلي مي باشند اين نوع از بخاريها داراي يك مقاومت فلزي هستند كه پس از عبور الكتريسته از ين مقاومت (المنت)باعث بوجود آمدن گرما مي شوند.در برخي از مدلها توسط يك فن ،به جابجا شدن گرما سرعت بخشيده مي شود.حتي در برخي از اين بخاريها مي توانند در جاي خاصي ثابت شوند و ايجاد گرما براي اطاق نمايند.اين بخاريها معمولا در سايزهاي ۷۵۰ تا ۱۵۰۰ وات ساخته مي شوند و قيمتي از ۳۰ تا ۱۰۰ دلار دارند و گاهي اوقات نيز از اين بخاريها به صورت مركزي استفاده مي نمايند.نوع ديگر اين نوع بخار يها كه در ايران متداول است از نوع بخاريهاي برقي تشعشعي هستند.اين نوع به علت گرمايش سريع تشعشعي از بازدهي بالاتري برخوردار هستند.البته بايد به خاطر داشت كه انواع تشعشع شده از اين بخاريها تا فاصله خاصي در اطراف خود را گرم خواهند كرد.در برخي از اين نوع بخاريها از المنتي از جنس فيلامنت كوارتز استفاده مي شود.

 

۱-۱-۲- گرم كردن آب مصرفي ساختمانها ي مسكوني و تجاري (به صورت مجزا)
آبگرم مصرفي در زندگي امروزه يكي از ملزومات زندگي ميباشند كه اغلب جهت مصارف بهداشتي ، استهمام ،شستشو و….استفاده مي شود.
براي انجام امور عادي منازل ،آبگرم با درجه حرارت ۵۰تا ۷۰ درجه سانتيگراد رضايت بخش است. بطور متوسط مصرف سرانه آبگرم هر نفر ۲۰ الي ۳۰ گالن ميباشد.اين آبگرم مي بايست توسط آبگرمكنها تامين شود.

محاسبه حجم و ظرفيت حرارتي آبگرمكنها:
مقدار آبگرم مصرفي كه استفاده مي شود در حقيقت ۷۰% حجم منبع آبگرم ميباشد و حجم آبگرمكن با توجه به ساعات پيك * از رابطه زير بدست مي آيد:
v/d 7/0 = Gv
كه v حجم آبگرم قابل استفاده بر حسب گالن در ساعت و Gv حجم منبع آبگرمكن برحسب گالن است و d نيز ساعت پيك ساختمان است.
بطور كلي ظرفيت حرارتي آبگرمكن برابراست با :
Gt-Gv= Gh
Gh ظرفيت حرارتي منبع
Gt مقدار حداكثر آبگرم مصرفي
Gv حجم قابل استفاده از منبع (گالن در ساعت)
)۴-۹(
انواع آبگرمكنهايي كه در حال حاضر در كشور استفاده ميشوند از لحاظ ساخت به دو گونه‌زير هستند:
• آبگرمكنهاي مخزني
• آبگرمكنهاي ديوار
اين نوع دسته بندي مي تواند بر اساس نوع ساخت نيز باشد:
• آبگرمكن مخزني گاز سوز
• آبگرمكن مخزني الكتريكي
• آبگرمكن مخزني نفتي
• آبگرمكن ديواري گازسوز
• آبگرمكن ديواري برقي

 

آبگرمكن مخزني گاز سوز: [Water Heater Partes website; 2002]
آين آبگرمكنها در ظرفيتهاي ۳۰ تا ۸۰ گالني توليد مي شود . اجزاي اين سيستمها شامل مخزن آب كه معمولا از ورق ،گالوانيزه يا ورق روغني با پوشش لعاب ميباشد.برنر كه معمولا از نوع برنر هاي مدوربا جنس استنلس استيل *مي باشد ، روكش كه معمولا از ورق روغني با ضخامت mm7/0با روكش رنگ كو ره اي و اجزايي مثل شير تنظيم كننده گاز ورودي ،پيلوت ،ترموكوپل ،و لوله هاي پيلوت و ترموكوپل، كلاهك ، تبديل كننده جريان ،لوله منيزيم جهت حفاظت كاتيو نيك و شير اطمينان مي باشند

طرز كار اين آبگرمكنها به اين صورت است كه آبسرد از پايين وارد آبگرمكن مي شود و ترموستات دستگاه به شير فرمان روشن شدن را خواهد داد بدين ترتيب برنري كه در زير آبگرمكن و لوله خروجي گاز قرار دارد روشن شده و آب را گرم كرده و آبگرم طي جابجايي طبيعي به بالا رفته و در آنجا از لوله خروجي تخليه خواهد شد و همانطور كه گفته شد فلوي گاز ورودي توسط شير يا رگلاتور گاز كنترل خواهد شد.

در اين آبگرمكنها مقدار سوخت (گاز)از رابطه زير محاسبه مي شود.

V (t2-T1)/Qg.E8.3 =Gg
Gg:مقدار گاز مصرف شده

V گاز لازم بر حسب متر مكعب
۲t: حرارت ثانويه آب (آبگرم )
۱t : حرارت اوليه آب (آبسرد)
Qg: مقدار گرماي حاصله از سوخت يك فوت مكعب گاز بر حسب ۳ft/BTU
اين مقدار براي گاز طبيعي در ايران ۳ft/BTU 1057-912 است.

E : بازده آبگرمكن كه در آبگرمكنها معمولا بين ۵۰% تا ۹۰% مي باشد.
• آبگرمكنهاي مخزني الكتريكي:
اين آبگرمكنها نيز با ظرفيت ۳۰ تا ۸۰ گالني توليد مي شوند اجزاء اين سيستمها نيز شامل قطعات زير مي باشند :
 مخزن آب : كه معمولا از جنس ورق گالوانيزه يا ورق روغني با پوشش لعابي

)۴-۱۱(

 المنت حرارتي: كه معمولا بين ۱۵۰۰۰ تا ۳۰۰۰ وات مصرف ميشوند.
 ترموستات :جهت تنظيم آب به درجه حرارت دلخواه و كنترل گرمايش توسط المنت حرارتي
 نشانگر حرارت : تر مومتر
 روكش : از جنس ورق فولاد روغني با پوشش رنگ كوره اي
 لو له منيزيم : جهت حفاظت كاتيونيك

اين آبگرمكنها بواسطه اينكه توليد ساده تر و مصرف انرژي بالاتر نسبت به ساير آبگرمكنها دارند از لحاظ هزينه خريداري و نصب اوليه بسيار پايين تر از انواع ديگر مي باشند .نحوه كار اين نوع آبگرمكنها بدين ترتيب است كه در هنگاميكه درجه حرارت از حد معمول پايين تر باشد ،جريان الكتريكي بطور اتوماتيك برقرار مي شود و المنت حرارتي بكار افتاده و آب را گرم مي كند.

ظرفيت مخزن براي مصارف خانوادگي حدود ۴ تا ۵ نفر تقريبا ۳۰ گالن است و بازده آبگرمكنهاي الكتريكي حدودا ۸۳% مي باشد.
مقدار الكتريسته مصرفي يك آبگرمكن الكتريكي از رابطه زير بدست مي آيد :
(E/(T2-T1)G).U= ε
ε :الكتريسته مصرفي بر حسب كيلو وات ساعت
U: عدد ثابت برابر با ۰۰۲۷۵/۰
G: حجم آبگرم شده بر حسب گالن
T1:درجه حرارت اوليه (آبسرد)

T2: درجه حرارت ثانويه (آبگرم )
E:بازده حرارتي آبگرمكن

• آبگرمكنهاي مخزني نفتي:
اين نوع آبگرمكنها نيز در قديم بطور زيادو در حال حاضر نيز در برخي از نقاط كشور كه فاقد شبكه گاز رساني شهري مي باشند و دسترسي به كپسولهاي گاز مايع امكان پذير نيست استفاده مي شود.

) ۴-۱۲(
محاسبه مقدار سوخت آبگرمكنهاي نفتي به صورت زيرمي باشد:
QN.E/ (1T-2T)G 8.3 =GN
G: مقدار آبگرم بر حسب گالن
۲T: حرارت ثانويه آب (آبگرم)
۱T: حرارت اوليه (آبسرد)

QN: مقدار گرماي حاصله از سوخت يك گالن نفت بر حسب BTU
E: بازدهي آبگرمكن كه در زمستان بين ۱۵ تا ۵۵ % مي باشد.

 

• آبگرمكنهاي بدون مخزن گاز سوز:
• [Website;Controlledenergywebsite;2002]

اين آبگرمكنها امروزه در كشور ما رواج بسياري پيدا كرده اند . علت استفاده گسترده از اين نوع آبگرمكنها ، اشغال فضاي كم، امكان نصب روي ديوار و سادگي استفاده مي باشد . در اين نوع آبگرمكنها ، وقتي شير ورودي آب با فلوي كمي حتي در حدود ۴/۳ گالن در دقيقه باز شود ، آب سرد وارد لوله هاي مبدل آبگرمكن شده و در اين حالت با بالا رفتن ديافراگم زير شير ، مسير گاز باز شده و گاز توسط شعله پيلوت محترق مي شود . آب در داخل مبدل حرارتي* به گردش در آمده و بزودي گرم مي شود . زمانيكه فلوي آب بسيار كم و يا قطع شود، آب ورودي به مبدل نيز كم شده و بدين ترتيب گر مايش آب و در نتيجه مصرف انرژي نيز كنترل مي شود .

در اين آبگرمكنها ، دماي آب ميتواند از ۳۰تا ۹۰درجه سانتيگراد بدلخواه مصرف كننده گرم شود . بازدهي ابن آبگرمكنها ، در برخي حالات تا ۹۵ در صد نيز ميرسد .
• آبگرمكنهاي بدون مخزن برقي:
اين آبگرمكنها شباهت بسيار زيادي به آبگرمكنهاي بدون مخزن گاز سوز را تنها با اين تفاوت كه در مبدل يك گرمكن آب (المنت حرارتي)داخل خط لوله وجود دارد كه وظيفه گرم كردن آب را بر عهده دارد. دستگاه به محض احساس دماي پايين آب توسط ترموستات فرمان عبور جريان الكتريسته از المنت را داده و ‌آب را در حد نياز مصرف كننده گرم خواهد كرد.
المنت حرارتي اين نوع آبگرمكنها معمولا از۲۰۰۰ تا۳۰۰۰ واتهستند.
۱-۲-روشهاي سرمايش ساختمان به صورت مجزا:

با بالا رفتن دماي محيط زمانيكه حرارت بيشتر از دماي مطبوع مي شود بدن انسان در برابر كمبود اتلاف حرارتي قرار گرفته و در نتيجه درجه حرارت پوست بالا مي رود . در حالت طبيعي تعرق و تبخير سطحي باعث كاهش دماي بدن ميشود و به رسيدن به شرايط مناسب كمك مي كند و از اينجاست كه نقش سرمايش مشخص مي شود يكي از روشهاي رسيدن به دماي مطبوع در ساختمانها سرمايش ساختمان به صورت مجزا ميباشد كه در اين بخش توضيح داده خواهد شد.
از اين رابطه ابتدا مي بايست دماي مناسب براي داخل ساختمان در فصلآ تابستان مشخص شود.

جدول (۱-۲): شرايط مطبوع داخل در تهويه مطبوع تابستاني ] بهمن ، خستو؛ ۱۳۷۰[
درجه حرارت خارج از ساختمان (خشك) توقف بيش از ۴۰ دقيقه توقف كمتر از ۴۰ دقيقه
برحسب درجه سانتيگراد درجه حرارت خشك
(درجه سانتي گراد) درجه حرارت مرطوب درجه حرارت موثر رطوبت نسبي درجه حرارت خشك برحسب سانتي گراد درجه حرارت مرطوب برحسب سانتي گراد درجه حرارت موثر بر حسب سانتي گراد رطوبت نسبي
۷/۲۶ ۹/۲۳ ۳/۱۸ ۷/۲۱ ۶۰% ۴/۲۴ ۹/۱۸ ۲/۲۲ ۶۱%
۴/۲۹ ۴/۲۴ ۹/۱۸ ۲/۲۲ ۶۱% ۲۵ ۴/۱۹ ۸/۲۲ ۶۱%
۲/۳۲ ۲۵ ۴/۱۹ ۸/۲۲ ۶۱% ۶/۲۵ ۶/۲۰ ۳/۲۳ ۶۴%

۳۵ ۵/۲۵ ۶/۲۰ ۳/۲۳ ۶۴% ۱/۲۶ ۱/۲۱ ۹/۲۳ ۶۵%
۸/۳۷ ۱/۲۶ ۱/۲۱ ۹/۲۳ ۶۵% ۲/۲۷ ۷/۲۱ ۴/۲۴ ۶۵%
۶/۴۰ ۷/۲۶ ۷/۲۱ ۱/۲۴ ۶۵% ۲/۲۷ ۲/۲۲ ۷/۲۴ ۶۵%

جهت رسيدن به دماي ذكر شده در جدول (۱-۲)در روشهاي سرمايش مجزا بسته به شرايط رطوبت نسبي منطقه عموما از دو روش استفاده ميشود.
• كولرهاي تبخيري
• كولر هاي تراكمي
• كولر هاي تبخيري:
اساس كار اين كولر ها بدين ترتيب است كه زماني كه هواي خشك يا با رطوبت كم به طور يكنواختي رطوبت زده مي شود دماي آن پايين خواهد آمد .علت اين امر اين است كه ،در اين كولر ها توسط فن سانتريفوژهوا به داخل سيستم كانال كشي و يا توسط يك فن راديال به طرف محل پرتاب ميشود، كه
در حالت عمومي از يك فن سانتريفوژاستفاده مي شود. فن هوا را به داخل كانال هدايت مي كند و يك فشار منفي در داخل كولر بوجود مي آيد و بدين ترتيب هوا از يك سطح مرطوب گذشته و رطوبت زده مي شود.

در كشور ما غالبا جهت رطوبت زدن هوا به طور يكنواخت از پوشال (خوره هاي چوب صنوبر)استفاده مي كنند . لازم به ذكر است استفاده از پوشال خرد مي تواند مشكلاتي از قبيل محيط مناسب ميكرو ارگانيزها بروي آن در ساعات خاموش كولر بوجود آورد . اخيرا به جاي پوشال از يك نوع سطح سلولزي استفاده مي شود كه اولا مي تواند را رطوبت را به صورت يكنواخت تري پخش نمايد و ثانيا امكان رشد ميكرو ارگانيزهاي برروي آن نيز كاهش يافته است .ولي بدليل اينكه تكنولوژي امكان توليد اين سطوح سلولزي در كشور ما وجود ندارد و ما ناگزير از وارد كردن آن هستيم ، قيمت تمام شده دستگاه كولر را بالا مي بردو از طرف توليد كنندگان و مصرف كنندگان مورد استقبال زيادي قرارنمي گيرد..

آب در اين كولرها توسط يك الكترو پمپ معمولا با قدرت HP20/1 به روي سطوح مخصوص رطوبت زني (پوشالها ) ريخته مي شود.فن نيز توسط يك الكترو موتور كه بسته به طراحي خروجي كولر قدرتها متفاوتي و معمولا از HP3/1 تا HP 4/3 و از نوع تك فاز و با سرعت pm 14250 دارد توسط انتقال پولي و تسمه به حركت در مي آيد .

دبي خروجي نيز توسط قطر پوليها متصل به موتور و پروانه كنترل خواهد شد.
از مزاياي اين سيستمها استفاده آسان ، سادگي نصب ،امكان توليد تمامي قطعات در داخل كشور ،سادگي استفاده و اطمينان مردم از عملكرد آن مي باشد.اين نوع سيستمهاي توليدي در داخل ايران معايبي نيز دارند ،كه از آن جمله مصرف بالاي انرژي و مصرف بالاي آب در مدلهاي بزرگتردر حدود ۶۰ lit/h ، ا ستفاده غير اصولي از آن ،كه باعث هدر رفتن انرژي مصرفي در آن و قدرت سرمادهي پايين و عدم كارائي در نقاطي از زمين با رطوبت نسبي بالا مي باشد.
البته عيوب فوق در تمامي مدلهاي اين كولر صدق نمي كند در برخي از شركتها موفق شده اند بر اين عيوب غلبه نمايند و كولر ها با راندمان بسيار بالا توليد نمايند.اين كولر ها معمولا با خروجي ۲۵۰۰ الي ۵۰۰۰ CFM ساخته مي شوند.

يكي از مسائل مهم در توليد اين دستگاهها دقت در توليد پروانه يا فن آن مي باشد . بجز شركت آبسال عمده ترين توليد كننده اين نوع كولرها در كشور ما ،اكثر شركتهاي توليد كننده به علت نداشتن تكنولوژي كافي جهت توليد پروانه مجبورند براي رسيدن به دبي لازم از الكترو موتورهاي قوي تري استفاده نمايند كه اين امر باعث مي شود مصرف انرژي الكتريكي در حد بسيار بالايي افزايش يابد.

ثانيا اكثر شركتهاي توليد كننده از خازن جداگانه در كولر استفاده نمي كنند. عملكرد مثبت اين خازن اين است كه ۱cosموتور كولر را پايين آورده و خصوصا در ساعات پيك باعث مي شود كه بار كمتري به شبكه وارد شود.نهايتا نيز روشهايي جهت كنترل اتلاف انرژي در كولرهايآابي وجود دارد كه در بخش عوامل اتلاف انرژي و روشهاي كنترل آن به تفصيل بررسي خواهد شد.

• كولرهاي تراكمي: [Splitecoolers welsite ;2002]
[Weathereraftwebsite; 2002]
[old house website ; 2002]
در اين كولرها اساس كار بر اين است كه حرارت را در درجه حرارت پايين گرفته و در درجه حرارت بالا خارج خواهيم كرد .در اثر بالا رفتن درجه حرارت سرد مقداري حرارت از محيط گرفته ميشود .اين مقدار از رابطه زير محاسبه مي شود:
(tf-ti) mcp =Q
1:cos =V/A

كه در آن Q مقدار حرارت از دست رفته در فشار ثابت ،m جرم ،tf-ti به ترتيب حرارت مخصوص در فشار ثابت و افزايش درجه حرارت سرد مي باشد.در واقع ما در اين نوع كولرها ما يك سيكل تراكمي بخار داريم .

سيكل تراكمي بخار يكي ار مهمترين سيكلهاي تبريد است كه در آن بخا ر تقطير شده در كندانسور به كمك شير انبساط در اواپراتور تبديل به بخار شده و توليد سرما خواهد كرد . بخار توليد شده دراواپراتور در كمپرسور متراكم شده و حرارت دريافت شده در اواپراتور و كمپرسور را در كندانسور از دست داده و تبديل به مايع مي گردد. اين تحولات در سيكل تراكمي بخار متناوبا انجام ميشود.

اين كولرها در دونوع يك تكه و دو تكه ساخته مي شوند و خصوصا در نقاط با رطوبت نسبي بالا مورد استفاده قرار مي گيرند. در كولرهاي مدل يك تكه اواپراتور و كندانسور در يك بسته سوار هستند كه معمولا در پنجره ها يا محلهايي نصب ميشوند كه كندانسور خارج از محيط قرار گيرد.
در مدلهاي دو تكه كندانسور در محلي جداگانه و در خارج ساختمان قرار مي گيرند تا گرماي جذب شده از محيط را دفع كنند.
اين سيستمها براي مصارف خانگي با ظرفيتهاي ton3-0.5 براي مصارف صنعتي از ظرفيتهاي ton 50-1 ساخته مي شوند.

از مزاياي اين سيستمها نصب آسان آنها و كار كردن بدون صدا و قابليت مناسب تنظيم دماي خروجي و اطمينان مي باشد.يكي ديگر از مزاياي اين كولرها نسبت بازدهي انرژي فصلي *و پايين بين ۵/۱۱ –۱۰ مي باشد.
از جمله معايب اين سيستمها ،هزينه نصب اوليه بالا ،مصرف انرژي الكتريكي زياد و مشكلات زيست محيطي به علت استفاده از گازهاي مبرد و امكان نشت آن به محيط مي باشد.

از ديگرمعايب اين سيستمها هزينه اوليه زياد ۲۰۰۰-۱۵۰۰ دلار به ازاي Btu\h12000 ظرفيت مي باشد كه ۳۰% از سيستمهاي تهويه مركزي گرانتر است .
گاهي اوقات هزينه سيستمهاي دو تكه تا دو برابر بيشتر از نوع يك تكه و قابل نصب در پنجره ها مي باشد.
و ديگر مشكلات اين سيستمها مشكلات زيست محيطي بواسطه مصرف بالا و امكان نشت آن به محيط مي باشد كه مي تواند مشكلاتي از قبيل تخريب لايه ازون را در بر داشته باشد.

 

۱-۳-روشهاي گرمايش مركزي (حرارت مركزي)
اكنون كه ساختمانهاي بزرگ بنا مي گردد ،نصب بخاريها و گرمكنهاي الكتريكي متعدد در هراطاق ساختمان از نظر مصرف انرژي و بهره برداري از ساختمان اقتصادي نيست و اشكالاتي در ساختمان پيش مي آورد كه باعث شده حرارت مركزي ،يعني تهيه و توزيع حرارت از يك مركز و گرم كردن يك يا چند ساختمان بوسيله آن توجه بيشتري شود.مزاياي سيستم حرارت مركزي در آن است كه اولا سوخت فقط در يك محل (موتور خانه )مصرف مي شودو يك فرد متخصص مسئول رسيدگي به دستگاهها و كنترل آنها بوده و از ايجاد خطرات جلوگيري مي شود.و در ثاني به علت حجم كوچكتر دستگاههاي حرارت دهنده از جمله رادياتورها ،فن كويلها و كنتوكتورها،ميتوان آنها را در محلهاي مناسب اطاق گذاشت و با داشتن درجه حرارت معادل ۸۰ تا ۸۵ درجه سانتي گراد هيچ خطري ايجاد نمي كند و همچنين در تابستان نيز احتياجي به جمع آوري و انبار كردن آنها نيست . اين عوامل و مزاياي ديگر باعث شده كه امروزه نه تنها در ساختمانها بزرگ كه بسيار مقرون به صرفه است بلكه در ساختمانهاي كوچك نيز از حرارت مركزي استفاده شود.

وضع اجتماعي دنيا و احتياج به كار دسته جمعي در كارخانجات و ادارات و تجمع در سالنهاي در بسته اجبار و ضرورت به سيستمهاي حرارت مركزي داشته مشهود نموده است .آلودگي هوا در نتيجه تجمع اشخاص مسئله ديگري بنام تهويه گرم و تهويه مطبوع زمستاني را مورد توجه قرار داده است.لذا در اين بخش به بررسي اين روشها خواهيم پرداخت.
بطور كلي به سه روش مي توانيم حرارت مركزي داشته باشيم :
۱-۳-۱-گرمايش با آب گرم
۱-۳-۲-گرمايش با بخار
۱-۳-۳-گرمايش هواي گرم
۱-۳-۱-گرمايش با آب گرم :
در اين روش از سيال آب براي گرمايش ساختمان و همچنين جهت آبگرم مصرفي ساختمان استفاده مي شود.
در اين روش آب در سطوح حرارتي كه در محل مي باشند برده و گرم مي شوند و با اينكه به كويل آبگرم دستگاه هواساز* برده و محل را گرم خواهد كرد . در اين حالت آب در سطوح حرارتي و يا كويل آبگرم حدود ۱۰ درجه سانتي گراد تغيير درجه خواهد كرد .در شكل )۴-۳( شماي ساده اي از تاسيسات حرارتي مركزي با آاب گرم را نشان ميدهد ،كه شامل يك ديگ آب گرم مي باشدكه در آن سوخت محترق شده و حرارت حاصل موجب گرم شدن آب ميگرددكه در رادياتورها جريان پيدا كرده و سرد شده و از آنجا به ديگ آبگرم بر مي گردد تا مجددا گرم و در رادياتورها جريان پيدا كند . در اغلب تاسيسات امروز حركت سيال به كمك پمپ انجام مي پذيرد .در صورتيكه در تاسيسات قديمي بعضا حركت سيال در اثر اختلاف وزن مخصوص آب گرم و سرد انجام مي پذيرد كه آنرا سيستم با جريان طبيعي يا جريان وزني يا حرارتي مي نامند.چون حجم مخصوص آب گرم بيش از آب سرد مي باشد، بنابراين در سيستمهاي گرمايش با آب گرم كه يك سيستم بسته است بايد مخزني وجود داشته باشد تا افزايش حجم آب را بپذيرد . اين مخزن كه ممكن است بسته يا باز باشد ، تانك انبساط ناميده مي شود.

ازجمله محاسن گرمايش با آب گرم ميتوان به اين نكته توجه نمود كه ، چون آب داخل ديگ دائما در تاسيسات جريان دارد بنابراين مواد جامدي كه در آب وجود دارد پخش شده و تماما در سطوح حرارت دهي ديگ رسوب نخواهد كرد، كه مانع انتقال حرارت شود .
در حاليكه در سيستم بخار اين رسوبات در سطوح حرارتي ديگ توليد و مانع انتقال حرارت مي گردند و خطر تركيدن ديگ بخار را خواهد داشت و زنگ زدگي كمتر خواهد بود

شكل)۴-۳(:تاسيسات مركزي با آبگرم ] بهمن ، خستو؛ ۱۳۷۰[
• وسايل كنترل دقيق از قبيل تله بخار* و يا شير هوا گير *و يا آب نما كه سطح آب ديگ را تعيين مي كند احتياج ندارد.
• احتمال ضربه آب يا يه اصطلاح ضربه قوچ *كم يا اصلا وجود ندارد.
• در برخي از موارد امكان استفاده از لوله ها و سطوح حرارتي براي سرمايش تابستاني نيز وجود خواهد داشت.

در روش گرمايش با آبگرم از تجهيزات از قبيل ديگ آبگرم استفاده مي شود تجهيزات ديگ آب گرم در سيستم گرمايش فشار پمپ در شكل نشان داده شده است .

 

در اين سيستم پمپ با درخواست دو ترموستات يكي در محل و ديگري روي ديگ كار مي كند و پمپ جريا ن‌آب با دستور كنترلرها قطع و وصل خواهد شد.از اين كنترلرها براي ثابت نگه داشتن درجه حرارت ديگ بوده، كه مشعل را قطع و وصل مي نمايد.تا نك انبساط كه افزايش حجم آب را، وقتي گرم مي شودجذب مي كند و عنصر مهمي در گرمايش آب گرم بوده كه ممكن است از نوع باز يا بسته باشد.
در گرمايش با آب گرم اغلب هوا در بالاي رادياتور ها و يا سطوح حرارت دهي ديگر جمع مي شود كه در آن نقطه مانع انتقال گرما مي شود

و بنابراين بايك هواگير *هوا آنرا خارج مي نمايند.گاهي تانك انبساط نيز مجهز به يك هواگير مي باشد.
در دو طرف پمپ نيز معمولا يك شير فلكه براي پياده كردن و تعمير پمپ قرار مي دهند و يك لوله نيز به طور موازي به صورت -by pass-با يك شير فلكه قرار مي دهند تا در صورت نياز پمپ به تعميرات از اين شير آب به صورت جريان طبيعي كار كند.
در اين سيستمها نياز به لوله كشي در ساختمان وجود دارد كه به روشهاي مختلفي انجام مي گيرد .
سيستمهاي مختلف لوله كشي از طرق زير انجام پذير است :
• سيستم يك لوله اي

• سيستم دولوله اي
• سيستم سه يا چهار لوله اي
در سيستمهاي يك لوله اي روش اتصال سطوح انتقال حرارت خواهد بود

در سيستم دو لوله اي نيز ممكن است ،تغذيه از بالا كه چتري * نيز ناميده ميشود و يا تغذيه ازپايين كه شمعي * و يا حلقوي *نيز نا ميده مي شود .
در سيستمهاي حلقوي مصرف لو له بالا بوده ولي مزيت آن در اين اتست كه افت فشار در مسير سطوح حرارتي مختلف تقريبا يكسان خواهد بود .
سيستمهاي سه لو له اي يا چهار لو له اي اغلب براي فن كويلها بكار ميرود .در سيستمهاي فن كو يل سه لو له اي ، لو له هاي رفت آبگرم و آبسردمجزا و با يك لو له برگشت و در سيستمهاي جهار لو له اي ، لو له هاي بر گشت آبگرم و سرد نيزبه ديگ و چيلر جدا خواهند بود .

۱-۳-۲-گرمايش با بخار
وقتي بخار اشباع شده اي وارد رادياتور يا كنوكتور مي شود ، تبديل به مايع شده و حرارت ميعان خود را كه معادل حرارت نهان تبخير است را از دست ميدهد . معمولا ا ين حرارت براي فشار معادل يك اتمسفر و در جه حرارت يكصد درجه سانتيگراد معادل Kcal/Kg 539.7 خواهد بود كه اين حرارت قابل انتقال به محيط خواهد بود .
جهت گرمايش با بخار روشهاي مختلفي وجود دارد كه بطور خلاصه به آن اشاره مي شود .
• سيستم يك لو له اي با هواگيري و برگشت طبيعي آب
در اين سيستم مطابق شكل )۴-۸( بخار از لو له اصلي وارد رادياتور شده و تبديل به مايع مي گردد . آب حاصل از ميعان بخار با نيروي وزن خود به ديگ بر مي گردد .

• سيستم دو لوله اي با هوا گيري و بر گشت طبيعي آب
در اين سيستم دو لو له براي رفت بخار و بر گشت آب در نظر گرفته مي شود .
• سيستم بخار با بر گشت طبيعي آب
اين سيستم تقريبا شبيه به سيستم دو لو له اي ميبا شد با اين تفاوت كه هواگير در مو تور خانه نز ديك ديگ يا در چند نقطه از تاسيسات مي باشد و در سطوح حرارتي هوا گيري انجام نمي شود .
• سيستم بخار با بخار گيردر لوله برگشت:
در اين سيستم ميتوان بخار با فشار بالا داشته و لوله هاي باريكتري داشته باشيم كه در شماي كلي سيستم در شكل مشهود مي باشد.
• سيستم با پمپ خلا در برگشت:

فرق اين سيستم با سيستم بخار مذكور در اين است كه در اين روش يك پمپ خلا روي لوله برگشت قرار مي دهند كه دائما فشار سيستم را تا مين مي كند و بدين ترتيب آب و هوا در لوله برگشت همزمان به جريان و آب وارد ديگ ميشود در اين حالت حركت بخار سريع انجام گرفته و لوله ها باريك و فشار بخار در رادياتور كم خواهد بود. اين سيستم بيشتر در ساختمانهاي بزرگ بكار گرفته مي شود ، زيرادر اين حالت قطر لوله ها كم و حركت بخار تنظيم تر خواهد شد . وضعيت سطوح حرارت دهي مشابه ساير سيستم هاي بخار بوده و لوله هاي برگشت نيز به ديگ مربوط ميشوند.
آب و هوا در تانكي كه در پايين تر ين نقطه تاسيسات قرارگرفته جمع شده و يك شناور كنترل كننده بر حسب آب تانك ،موتور و پمپ را قطع و وصل مي كند.

۱-۳-۴-حرارت مركزي با هواي گرم :
در سيستم حرارت مركزي با هواي گرم سيال عامل انتقال حرارت ، هوا مي باشد . حرارت ازكوره هاي هواي گرم يا كويل گرم دستگاه هواساز گرفته و بكمك ونتيلاتور در كانالهاي رفت اصلي و فرعي جريان مي يابد . هواي گرمي كه به محل مي رسد اتلافات حرارتي را جبران مي كند و درجه آن كاهش مي يابد . هواي سرد شده درمحل از دريچه ها و كانالهاي فرعي و اصلي برگشت جريان مي يابد و قسمتي ازآن به خارج هدايت شده و قسمتي از آن مجددا به صورت هواي برگشتي با هواي تازه خارج مخلوط و پس از تحولات حرارتي به محل فرستاده خواهد شد . از نظر حرارت سيال ، حرارت مركزي با هواي گرم ممكن است به صورت كنوكسيون * طبيعي و يا اجباري باشد و از نظر نحوه گرم كردن هوا ممكن با روش مستقيم و غير مستقيم صورت پذيرد.