چگونه در مصرف انرژی ساختمان صرفه جویی کنیم؟

به طور کلی روش های جلوگیری از اسراف انرژی در ساختمان را می توان به شرح زیر بررسی کرد:
 

تنزیل شبانه (Night Setback)

سالهاست که مهندسین تاسیسات موضوع لزوم کاهش دمای طرح زمستانی فضاهای ساختمان را در طول ساعات شب و اوقاتی که ساختمان را در طول ساعات شب و اوقاتی که ساختمان بدون سکنه است، مورد توجه قرار داده اند. البته ارزش اینکار برای منازل مسکونی ( بین ساعات ۱۰ شب تا ۶ صبح) محل تردید است، ولی در مورد مدارس ابتدایی که تنزیل شبانه ساعات ۲ بعدازظهر تا ۶ صبح را شامل میشود، هیچ شکی در اهمیت اقتصادی آن وجود ندارد.

 

ترموستات های ساعتی و سیستم های کنترل کامپیوتری برنامه ریزی شده، میتوانند براحتی این مقصود را حاصل کنند، نوعی ترموستات اتاقی موجود است که میتواند برنامه تنزیل شبانه را در مواقع مخصوص نظیر میتینگ های شبانه و غیره، ملغی سازد. سازمان انرژی ایالات متحده درصد صرفه جویی هزینه کلی گرمایش ساختمان را برای وقتی که ۵ یا ۱۰ درجه تنزیل شبانه دما منظور شود، در جدولی به طور کلی پیش بینی نموده است. بنابراین در تمامی پروژه های گرمایش ساختمان می باید امکان تنزیل شبانه را جداً مورد بررسی قرار داد.

 

کم کردن سرعت بادزن های سیستم HVAC در زمستان:

در بیشتر موارد از بادزنهای سیستم HVAC ساختمان هم برای سرمایش ( در تابستان) و هم گرمایش ( در زمستان) استفاده میشود. در حالیکه هوای مورد نیاز برای گرمایش اغلب ۵۰% کمتر از هوای لازم برای سرمایش ساختمان است، با ثابت بودن حجم هوای تحویلی بادزن های سیستم تهویه مطبوع، در تابستان و زمستان ( که در بیشتر ساختمانها چنین است)، مقدار زیادی انرژی در اثر گردش غیرضروری هوای اضافی در زمستان بهدر میرود، از اینرو باید سرعت بادزن ها را در زمستانها کاهش داد. اینکار ممکن است با استفاده از یک موتور دو سرعته (معمولاً rpm ۹۰۰ ‎/ rpm ۱۸۰۰ ) مبدلهای فرکانس و یا وسایل دیگر صورت گیرد.

 

تهویه هوای داغ اتاقک زیرشیروانی و فضاهایی نظیر آن:

دمای هوای داخل فضاهایی مثل اتاقک زیر شیروانی و بعضی از سقفهای کاذب در تابستان گاهی به بیش از ۳۰ درجه فارنهایت می رسد. چنانچه این فضاها توسط هوای خارج تهویه شوند، گرمای منتقله از آنها به اتاقهای زیر تا میزان ۲/۵ برابر کاهش خواهد یافت، البته بهتر است حتی الامکان بجای هوای خارج، از هوای بهدر رفته در داخل ساختمان برای این منظور استفاده شود.

 

بررسی و تنظیم فشار استاتیک هوای داخل ساختمان:

چنانچه فشار هوای داخل ساختمان کمتر از فشار جو باشد، یا باز شدن پنجره هوای خارج بداخل ساختمان هجوم می آورد. درچنین مواردی باید سعی شودکه علت وجود فشار منفی تا حد امکان مرتفع شده و با مورد تعدیل قرار گیرد ( عللی از قبیل وجود فن های تخلیه، اثر دودکشی و غیره)

 

در صورتیکه فشار داخلی ساختمان بیش از حد زیاد باشد ( بیش از ۰/۰۵تا ۰/۰۸ اینچ آب بالاتر فشار جو) باید علت را جستجو کرد. هوای خارج بداخل ساختمان توسط بادزنهای سیستم HVAC می باشد که این امر هزینه عملیاتی سیستم را چه در تابستان و چه در زمستان افزایش خواهد داد.

 

صرفه جویی انرژی در تاسیسات بهداشتی :

امروزه سیستم های تاسیسات بهداشتی در ساختمانهای جدید باندازه سیستم های HVAC و روشنایی، انرژی مصرف نمیکنند و بدین لحاظ شانس کمتری را برای صرفه جویی انرژی در اختیار طراحان میگذارند، بطور کلی صرفه جویی در سیستم های بهداشتی بدو طریق امکان پذیر است ۱- کاهش مصرف آب گرم ۲- کاهش مصرف آب سرد

 

امکانات کاهش مصرف انرژی در سیستم آبگرم مصرفی:

۱- کاهش دمای آب گرم مصرفی گردش کننده – در ساختمانهایی که جهت جلوگیری از راکد ماندن و سرد شدن آبگرم، از سیستم لوله کشی برگشت آبگرم مصرفی استفاده میشود، میتوان جهت صرفه جویی در مصرف انرژی، دمای آبگرم مصرفی را از میزان استاندارد F ۱۴۰ به F ۱۱۰ کاهش داد، این امر موجب تقلیل تلفات حرارتی از لوله های حامل آبگرم مصرفی خواهد شد، دمای F ۱۱۰ برای بسیاری از مصارف آبگرم از قبیل دستشویی و حمام مناسب است.

۲- حذف سیستم آبگرم مصرفی – در بسیاری از ساختمانها همچون مدارس و ادارات و نظایر آنها فقط آب سرد مورد نیاز است. در این ساختمانهای فقدان آبگرم برای افراد فقط کمی سختی دارد، در ساختمانهایی از این نوع، میتوان سیستم آبگرم مصرفی را ( در صورت وجود) از کار انداخت و با پروژه های در دست طراحی، این سیستم را حذف نمود

۳- استفاده از آبگرمکن های کوچک در محل مصرف – چنانچه سیستم مرکزی تهیه آبگرم مصرفی ساختمان مستلزم لوله کشی طولانی و وسیع رفت و برگشت برای گردش آبگرم مصرفی باشد، ممکن است استفاده از آبگرمکن های کوچک و خوب عایقکاری شده در محل مصرف، بیشتر مقرون به صرفه باشد، همچنین برای مصارفی مثل ظرفشویی، لباسشویی و نظایر آنها، میتوان با استفاده از آبگرمکن های کوچک منحنی دمای آبگرم سیستم گردشی را از F ۱۱۰ به F ۱۴۰ افزایش داد.

۴- عایقکاری مناسب – سالهاست که نوع و میزان عایق مورد استفاده در آبگرم کن ها و سیستم لوله کشی آبگرم مصرفی باندازه کافی مورد توجه قرار نمیگیرد، بعنوان مثال در مورد نگهداری عایق لوله ها بسیار ضعیف عمل میشود، چرا باید برای یک مخزن حاوی آب با دمای بالا بعنوان آبگرمکن یا منبع ذخیره آبگرم، فقط ۲ یا ۳ اینچ عایق بکار رود؟ مطمئناً عایقی بضخامت ۵ یا ۶ ایچ با قابلیت هدایت حرارت ۲۵ ، K=۰ یا بیشتر مطلوبتر خواهد بود.

۵- ا ستفاده از منبع ذخیره آبگرم کوچک – در طراحی سیستم های تهیه آبگرم مصرفی گردش کننده، گاهی طراحان باید در شرایط مساوی بین یک آبگرمکن کوچک با منبع ذخیره بزرگ و یک آبگرمکن بزرگ با ظرفیت حرارتی زیاد و منبع ذخیره کوچک دست به گزینش منطقی بزنند.

آنچه در اینجا قویاً توصیه میشود مورد دوم است یعنی استفاده از یک آبگرمکن بزرگ با منبع ذخیره کوچک، برای توجیه این امر دلایل زیادی را میتوان برشمرد، از جمله کمتر بودن هزینه اولیه و فضای مورد نیاز برای نصب، بعلاوه تلفات حرارتی از منبع و لوله های رابط بین آبگرمکن و منبع ذخیره کمتر بوده و در مصرف انرژی صرفه جویی خواهد شد.

در صورت گزینش منبع ذخیره کوچکتر، باید حتی المقدور از آبگرمکنی که با منبع ذخیره اش در یک واحد و بصورت یکپارچه بوده و بخوبی در کارخانه عایقکاری شده باشد استفاده شود. استفاده از منبع ذخیره آبگرمی که جدا از آبگرمکنش نصب شود، علاوه بر افزایش هزینه اولیه موجب اتلاف انرژی نیز خواهد شد.

۶- استفاده از محدود کننده جریان آبگرم: در وسایل بهداشتی از قبیل دوش حمام همواره میتوان از وسایل محدود کننده جریان استفاده نمود، بسیاری از سردوشهای فانتزی گرانقیمت با همین فشار معمولی آب شهر ۴ تا gpm ۷ آب را به بیرون پرتاب میکنند که این اسراف است، در حالیکه سردوش های خوبی در دسترس می باشند، که میزان آب پرتابی آنها ۱/۵ تا gmp ۲ می باشد، که کاملاً کافی است و با استفاده ازآنها میتوان در مصرف آبگرم و آبسرد به میزان زیادی صرفه جویی نمود.

با نصب یک محدود کننده ساده جریان درست قبل از دوش، میتوان تضمین نمود که شدت جریان آب دوش از ۱/۵ تا gpm ۲ تجاوز ننماید، قطع نظر از اینکه فشار آب چقدر افزایش یابد یا اینکه دوش به شیر کنترل مجهز باشد یا نه

 

کاهش مصرف آب سرد:

از نقطه نظر صرفه جویی در مصرف انرژی شاید کاهش مصرف آبسرد باندازه آبگرم واجد اهمیت نباشد، ولی با توجه به انرژی زیادی که در مراحل مختلف تصفیه و انتقال آب مصرف میشود، باید در مصرف آبسرد نیز صرفه جویی نمود، در این راه مهمترین کارهایی که از دست مصرف کنندگان بر میآید عبارتند از:

۱- کاهش مصرف آب

۲- استفاده مجدد از آب تا حد امکان

پیشنهادات زیر میتوانند باعث کاهش مصرف آب گردند.

۱- استفاده از شستشو دهنده های فشاری (Flush tank- Flush value) کم مصرف که بجای ریزش ۵ گالن آب در هر بار کشیدن سیفون ۳ گالن آب را ریزش میکنند

۲- استفاده از محدود کننده های جریان آب دوش که قبلاً ذکر شد

۳- استفاده از شیرهای دستشویی کم مصرف در ساختمانهایی غیر از منازل مسکونی

عدم استفاده از شستشو دهنده های فشاری خودکار (Automatic Flushing) در سیستم بهداشتی (بویژه آبریزگاهها (uninals) در ساعات خالی بودن ساختمان

استفاده مجدد از فاضلاب سبک ساختمان یکی دیگر از راههای صرفه جویی است، این امر زمانی ممکن است که فاضلاب سنگین (مستراحها)و فاضللاب سبک (دستشویی و حمام) با لوله های جداگانه تخلیه شوند، فاضلاب سنگین و فاضلاب آشپزخانه ( که حاوی مواد چرب است) مستقیماً به شبکه فاضلاب ریخته میشود ولی فاضلاب سبک و آب باران مستقیماً به یک مخزن ذخیره بزرگ میریزد، این آب اصطلاحاً به آب خاکستری (grey water) موسوم است، در حالیکه فاضلاب سنگین معمولا آب سیاه (black water) خوانده میشود، آب خاکستری از مخزن ذخیره به فیلتر و دستگاه کلرزن و سپس از طریق لوله به مستراحها و آبریزگاههای ساختمان پمپاژ میگردد، چنانچه سطح آب مخزن بیش از حد پایین بیاید، آب تازه (از لوله کشی آب آشامیدنی) بطور اتوماتیک به آن اضافه میشود، اگر آب خاکستری جمع شده در مخزن ذخیره بیش از ظرفیت مخزن باشد، مازاد آن به شبکه فاضلاب سرریز خواهد کرد.

 

روشهای بازیابی حرارت تلف شده:

برای بازیافت حرارت تلف شده در سیستم ها فرآیندهای مکانیکی و الکتریکی ساختمان، تعداد روشهای جدید زیاد نیست، در سالهای گذشته تکنیک های بازیابی حرارت تلف شده شناخته شده بودند ولی انگیزه کافی برای استفاده از آنها وجود نداشت، اکنون این انگیزه وجود دارد و نتایج آن را باید در آینده شاهد بود، دولت فدرال ایالات متحده برای کسانی که وسایل بازیافت حرارت تلف شده را خریداری کرده و عملاً مورد استفاده قرار دهند تخفیف مالیاتی قائل میشود، بعلاوه ، محدودیت ذخایر انرژی و گرانی روز افزون آن خود انگیزه ای قوی برای جدی شمردن موضوع است.

اینک به عنوان نمونه ای از روشه های بازیابی حرارت تلف شده، به بررسی لوله های حرارتی می پردازیم:

لوله های حرارتی (Heat PIPES) :

این مبدل حرارتی مرکب است از لوله یا لوله های فلزی که طرفین آنها کاملاً بسته و آب بندی شده است، جدار داخلی لوله ها دارای آستر از یک نوع ماده نفوذپذیری می باشد که حاوی مقدار معینی از یک مایع فرار است، مجموعه این لوله ها، همانگونه که در شکل ۱ ملاحظه میشود، ممکن است برای انتقال گرمای محسوس (Sensible Heat) از یک جریان گاز نسبتاً داغ (مثل هوا) به یک جریان دیگر از گازی با دمای کمتر، مورد استفاده قرار گیرد، این لوله ها همچنین میتوانند برای تبادل حرارت بین سیالات مختلف بکار روند، یعنی مایع به گاز، گاز به مایع و مایع به مایع

آستر داخل لوله های حرارتی را میتوان از مواد مختلفی انتخاب نمود، از سرامیکهای نفوذپذیر گرفته تا فتیله های نوع لیفه ای و توری سیمی ، حتی ممکن است در بعضی موارد آستر بکلی حذف شود.

ظرفیت تبادل گرمایی لوله های حرارتی تا حدود زیادی بستگی به خاصیت نفوذپذیری و جذب رطوبت فتیله در اثر خاصیت موئینگی و نفوذپذیری آن دارد. سرعت جریان مایع در داخل لوله حرارتی بستگی زیادی به چگونگی استقرار آن دارد، قرار گرفتن لوله در وضعیت عمودی بطوریکه نیمه تبخیر (Evapor action) آن در پایین قرار گیرد، بلحاظ اینکه وزن مایع نیز به جریان یافتن آن در طول فتیله کمک میکند، حداکثر ظرفیت حرارتی را نتیجه میدهد.

در عمل، سیال واسطه با دمای بالا که حامل حرارت تلف شده در فرآیندی دیگر است، در تماس با نیمه تبخیر لوله از روی آن عبور میکند، مایع در این نیمه از لوله در اثر حرارت تبخیر شده و بخار حاصله با گذر از مرکز لوله به نیمه تقطیر (Condensing) می رسد. در این قسمت بدلیل دمای نسبتاً پایین لوله و سیال محیط بر آن، بخار بر روی جدار داخلی لوله و فتیله آن تقطیر شده مایع حاصله به سوی نیمه تبخیر لوله جریان می یابد.

سیال درون لوله حرارتی می تواند هر سیال غیرخورنده با رابطه فشار – دبی معقول باشد. بسیاری از سیالات از جمله آب با موفقیت مورد استفاده قرار گرفته اند ولی هیدروکربنهای هالوژنه (فلوئورکربن ها ) بیشترین مصرف را داشته اند.

با پره دار کردن سطح خارجی لوله ها میتوان ظرفیت تبادل حرارتی آنها را افزایش داد، در شکل ۱، لوله ها دارای سطوح ساده بوده و تقریباً در وضعیت افقی قرار دارند، ظرفیت حرارتی بزرگتر هنگامی حاصل خواهد شد که مجموعه نشانداده شده هر چه بیشتر به حالت عمودی متمایل شود، در بعضی از تاسیسات طوری پیش بینی میشود که این دسته لوله ها بتواند داخل محفظه چرخش کنند تا حصول حداکثر ظرفیت حرارتی ممکن شود.

لوله حرارتی فقط قادر است حرارت محسوس را از یک گاز به گاز دیگر منتقل نماید، در بعضی از ساختمانها مسئله مهم اینست که رطوبت نسبی در سطح بالایی نگهداشته شود و این امر وقتی متحقق میشود که هم حرارت محسوس و هم حرارت نهان از هوای خروجی از ساختمان به هوای تازه ورودی برای تهویه، انتقال یابد، لذا در چنین مواردی این لوله ها مبدل حرارتی مطلوبی نیستند، و باید از سایر مبدلهای حرارتی که قادر به انتقال هر دو نوع حرارت محسوس و نهان باشند استفاده نمود.

شکل ۲ نشان دهنده یک مبدل از نوع لوله های حرارتی است که در کارخانه ساخته شده و برای بازیابی حرارت تلف شده بکار میرود، در این شکل چگونگی نصب این مبدل حرارتی در جریان هوای رفت ( به ) و هوای خروجی ( از) یک نوع هود آشپزخانه مشاهده میشود، هوای خروجی از هود آشپزخانه رستورانها اغلب به فضای خارجی ساختمان تخلیه میشود که البته این بد است، اما بدتر از آن اینست که هوای خارج برای جایگزینی هوای تخلیه شده معمولاً از طریق درب جلویی رستوران و با عبور از سالن غذاخوری ، وارد آشپزخانه میشود، در این فرآیند علاوه بر ایجاد شرایط ناخوشایند برای افراد داخل سالن، مقدار زیادی انرژی نیز بهدر می رود.

لوله های حرارتی نیازی به تعمیر و نگهداری نداشته و تا ۷۵ درصد گرمای تلف شده را میتوانند بازیابی کنند.

 

نشریه سندیکای صنایع حرارتی و برودتی  شماره ۲ شهریور ۷۱

نام منبع: 
تاسیسات نیوز