پیشگامان تاسیسات : 

آناتومی سیستم تهویه مطبوع

مقیاس ساختمان

ساختمان بزرگتر به طور کلی پیچیده تر از ساختمان کوچکتر است. این نکته در مورد  سیستم های تهویه مطبوع نیز صادق است. بحث آناتومی سیستم با ساختمان مقیاس کوچکتر آغاز می شود (ساختمانی با مثلا یک به پنج منطقه حرارتی). بحث ساختمان مقیاس بزرگتر به دنبال آن مطرح خواهد شد.

 ساختمان های کوچک تر معمولا بار پوسته (یا پوششی) دارند؛ آب و هوا (به جای بارهای داخلی) نشان می دهد که آیا گرمایش یا سرمایش نگرانی عمده طراحی است. در برخی اقلیم ها، تنها حرارت مورد نیاز است؛ یک ساختمان می تواند خود را در آب و هوای گرم و بدون سیستم مکانیکی خنک نگه دارد. در اقلیم دیگر، تنها سرمایش مورد نیاز است. در آب و هوای دیگر، هم گرمایش و هم سرمایش مورد نیاز است. لازم به ذکر است که مورد نیاز از نظر مشتری و همچنین در سوابق اقلیمی انتظارات سیستم به منظور هدایت تصمیم گیری و تجزیه و تحلیل طراحی است.

 ساختمان بار پوسته ای ممکن است متفاوت باشد اما همزمان مستلزم این است که راه حل اتاق به اتاق برای گرمایش، تهویه و سرمایش مطلوب است. چنین وضعیتی پذیرش رویکرد سیستم های تهویه مطبوع محلی را پیشنهاد می دهد. ساختمانی را با فضاهای رو به شمال و جنوب در یک روز زمستانی خنک و آفتابی در نظر بگیرید؛ یک طرف  حرارت کافی خورشیدی جذب می کند، در حالی که طرف دیگر به حرارت اضافی نیاز دارد. یکی از مزایای سیستم های محلی قابلیت پاسخ سریع به اتاق انفرادی (ناحیه) است. سیستم تهویه مطبوع مرکزی همچنین دارای مزایای زیر است: تجهیزات در داخل فضای خاص خود جای می گیرد به جای اشغال فضا در هر اتاق و تعمیر و نگهداری را می توان بدون اخلال در فعالیت در اتاق اشغال شده انجام داد.

بخش 12.4 (F) شرایط فضای تجهیزات را برای ساختمان های بزرگ بحث می کند. تعیین اندازه تقریبی تجهیزات تهویه مطبوع ساختمان کوچک در طول طراحی شماتیک نیز مفید است. هنگامی که بار طراحی گرمایش و / یا سرمایش معلوم باشد، به کاتالوگ تولید کنندگان در مورد ابعاد تجهیزات گرمایش و سرمایش مناسب مراجعه کنید. یک تصمیم مهم در اندازه یابی تجهیزات  HVAC دمای طراحی است: دماهای مناسب فضای داخل و خارج کدامند که بر انتخاب سیستم و در نظر گرفتن تغییرات اقلیم تاثیر دارند؟

تعیین اولیه ظرفیت سرمایش چندان ساده نیست. با این حال، یک برآورد اولیه بسیار تقریبی می توان از مقادیر بهره ساعتی ذکر شده در جدول G.3به دست آورد. این نوع  برآورد به احتمال زیاد کمتر از مقدار حاصل با استفاده از ساعت بهره حرارتی حداکثر است، که برای آن تجهیزات سرمایش اندازه گیری می شود. تن یک واحد مرسوم ظرفیت سرمایش است. یک تن معادل اثر مفید خنک کنندگی یک تن یخ است؛ این مقدار 12000 Btu / h (3516 W)است. ساختمان های بزرگتر معمولا بار داخلی غالبی دارند، نور، مردم و تجهیزات - لوازم ترکیبی کلی بین گرمایش و سرمایش مورد نیاز را نشان می دهند. نواحی داخلی یک ساختمان اغلب ارتباط حرارتی به محیط بیرون ندارند، همه بارها داخلی هستند. ساختمان ها نواحی پیرامونی دارند که از طریق پوشش ساختمان با محیط بیرونی فصل مشترک دارند. یک چالش طراحی اطمینان از این امر است که سیستم تهویه مطبوع به چنین پاسخ های متغیر در سراسر فضا و زمان پاسخگو باشد. بحث زیر عمدتا به ساختمان بزرگتر اشاره دارد.

 

جدول 12.4 قطعات اصلی هر سیستمHVAC    و کاربرد آنها

جدول 12.4 قطعات اصلی هر سیستمHVAC  را توصیف می کند و بر مفاهیم منبع، توزیع، تحویل (و کنترل)

 تاکید دارد. سه کار عادی (گرمایش، سرمایش و تهویه) انجام می شود. دریچه ورودی و خروجی در هر مورد وجود دارد. اگر چه انتخاب نهایی سیستمHVAC باید از آنالیز دقیق الزامات پروژه مالک تبعیت کند، برخی از مفاهیم اساسی (که قبلا معرفی شد و در اینجا بسط یافت) مبنای انتخاب سیستم خواهد بود.

سیستم های مرکزی به یک یا چند فضای مکانیکی بزرگ (اغلب در زیرزمین و / یا بر روی پشت بام)، درختان توزیع بزرگ و سیستم کنترل پیچیده نیاز دارند. سر و صدا، گرما و سایر شرایط محیطی اتاق مکانیکی را می توان نسبتا به راحتی کنترل کرد، چرا که شرایط در چند مکان بدون اشغال منظم متمرکز اند،. تعمیر و نگهداری بدون وقفه در فعالیت های عادی آسان است، هر چند نقص تجهیزات مرکزی می تواند کل ساختمان را متوقف کند. کیفیت هوا را می توان با قرار دادن دریچه هوا بالای آلودگی سطح خیابان و تعمیر و نگهداری منظم فیلتر هوای متمرکز افزایش داد. عمر طولانی تر تجهیزات را می توان با تعمیر و نگهداری منظم انتظار داشت. بازیافت حرارت اتلافی برای راندمان انرژی مفید واقع می شود. راه های بسیاری برای تامین نیازهای حرارتی متفاوت بسیاری از مناطق توسط یک سیستم مرکزی وجود دارد. یک اشکال مهم سیستم مرکزی اندازه و طول ممکن درخت توزیع مورد نیاز برای انتقال خدمات متمرکز به بسیاری از فضاهای توزیع شده است. اشکال بالقوه دیگر برنامه ریزی

عملیات ناشی از تفاوت در استفاده از ناحیه است. زمانی که یک سیستم تهویه مطبوع باید برای سرویس دهی یک ناحیه (مانند فضای سرور کامپیوتر) فعال شود در حالی که نواحی دیگر غیر فعال باشد، انرژی ممکن است به هدر برود.

سیستم های محلی ممکن است حتی برای ساختمان های بزرگ جذاب باشد چون تفاوت برنامه ریزی بین مناطق چند برابر می شود. همچنین، تفاوت آشکار در عوامل دیگر به عنوان مثال، کارکرد (با انتظارات راحتی) و یا استقرار در یک ساختمان می تواند به انتخاب یک سیستم محلی منجر شود (معمولا، سیستم های محلی متعدد).  فضای زیاد تجهیزات متمرکز در سیستم های محلی مورد نیاز نیست، بلکه تجهیزات منبع در سراسر یک ساختمان توزیع می شود (یا روی سقف و  و یا زمین اطراف). پراکندگی تجهیزات اندازه درختان توزیع را به حداقل می رساند (و یا آنها را حذف می کند) و تا حد زیادی سیستم های کنترل را ساده می سازد. علاوه بر این، شکست سیستم تنها بخش کوچکی از یک ساختمان را تحت تاثیر قرار می دهد. سر و صدا و اثرات دیگر تجهیزات محلی سبب ناراحتی در فضاهای اشغال شده می شود و تعمیر و نگهداری کیفی را به چالش می کشد (به این دلیل که دسترسی به بسیاری از مکان های جداگانه ممکن است مختل یا محدود گردد). کیفیت هوای خوب بستگی به تمیز کردن منظم فیلترهای هوا دارد، که زمانی که در اطراف یک ساختمان پراکنده باشند و در فضاهای اشغال شده قرار گیرند، سخت تر خواهد بود. پتانسیل حفاظت از انرژی در سیستم های محلی نوید بخش است، عمدتا به این دلیل که عملیات و کنترل سیستم محلی و شخصی هستند، اما فرصت کمی برای گرفتن گرمای تلف شده به عنوان یک منبع وجود دارد. رویکرد سیستم مرکزی به این معنا نیست که تمام فضاها باید از یک مکان واحد استفاده شود. چندین سیستم یا موقعیت مرکزی ممکن است در یک ساختمان بکار رود. این مطلب در شکل12.61b نشان داده شد، که در آن فضای مرکزی بویلر- چیلر از راه دور واقع شده و محفظه فن در روی هر طبقه قرار دارد. این حالت تا حد زیادی درخت بزرگ توزیع هوا را کاهش می دهد؛ اگر چه درخت توزیع برای آب گرم و سرد گسترده است، قطر لوله ها بسیار کوچکتر است و نسبتا به راحتی جایگزین و هماهنگ شده است. استفاده از یک اتاق تجهیزات مرکزی سیستم بازیابی انرژی را بیشتر امکان پذیر می سازد.

 

شکل ۱۲- ۶۱

 

مناطق و سیستم ها

 

 هنگام انتخاب سیستم ها از میان انواع موجود، بهتر است ویژگی منطقه و ویژگی  سیستم مطابقت داشته باشد. عوامل مورد نظر استقرار منطقه (نزدیک یا دور از پوسته ساختمان)، بارهای حرارتی منطقه، انتظارات راحتی مربوط به فعالیت های منطقه، فضای موجود برای اجزای سیستم در ناحیه و هزینه های چرخه زندگی انواع سیستم های مختلف است. استقرار ناحیه گاهی اوقات مانعی برای سیستم محلی خواهد بود، که به دسترسی آسان به هوای بیرون هم برای هوای تازه و یک منبع گرما یا سینک بستگی دارد. سیستم های محلی برای ناحیه داخلی (دور از پوسته) دست و پاگیر است. روابط بین استقرار ناحیه و شکل ساختمان در شکل 12.62 نشان داده شد. بارهای حرارتی در هر منطقه تعیین می کند که تا چه حد گرما و یا سرما مشکل غالب است که به نوبه خود بر انتخاب سیستم تاثیر دارد. یک منطقه با بار سرمایش کم و تولید رطوبت کم به خوبی در یک سیستم ساده که هوای تازه به علاوه گرمایش بدون کنترل رطوبت تامین می کند، استفاده می شود. مناطقی که نیاز به سرمایش دارند معمولا به کنترل کامل حرکت هوا و رطوبت نسبی نیاز دارند. هر چند تعمیم دادن عوامل راحتی مهم ریسک است (با توجه به تفاوت بین فعالیت ها و بین افراد)، می توان به طور کلی فرض کرد که راحتی و شدت حرارتی وظایف بهم ارتباط دارند. این رابطه در جدول 12.5 خلاصه شد. انتخاب سیستم تا حدودی به اینکه آیا یک سیستم کنترل مناسب عوامل مهم راحتی را فراهم می سازد، مبتنی است.

 

شکل ۱۲-۶۲- ناحیه بندی ساختمانهای مختلف با در نظر گرفتن موضوع گرمایش سرمایش و تهویه مطبوع

جدول ۱۲- ۵- ارتباط اسایش حرارتی و کنترل حرارتی

 

سیستم های تهویه مطبوع

تاسیسات دیگ های بخار و راه اندازی ان ها

اصلاح سیستم های سرمایشی و گرمایشی

 

درختان توزیع

سیستم گرمایش / سرمایش مرکزی اثر گرما و سرما را در یک مکان ایجاد کرده، سپس  آن را به فضاهای ساختمان با توجه به نیازهای مربوطه توزیع می کند. درخت استعاره ای برای معنای توزیع گرمایش و سرمایش است: "ریشه ها" ماشین آلات منبع است که گرما و سرما تولید می کند، "تنه" مجرای اصلی و یا لوله از تجهیزات منبع است و "شاخه" ها کانالها یا لوله های کوچکترند که به مناطق و فضاها هدایت می شوند.

سوالات پیرامون درختان توزیع عبارتند از: چند تا؟ چه نوع؟ کجا؟ یک ساختمان می تواند یک درخت غول پیکر توزیع، چند درخت متوسط و یا یک باغ بسیار واقعی از درختان کوچکتر داشته باشد. در یک سو، اتاق مکانیکی بزرگ صحنه تولید گرمایش و سرمایش است. جلوی این اتاق یک مجرای بسیار بزرگ با شاید صدها شاخه است. در سمت دیگر، هر منطقه تجهیزات مکانیکی خود را (مانند یک پمپ حرارتی پشت بام) با تنه و شاخه نسبتا کوتاه در هر درخت دارد.

چه نوع درخت توزیع؟ در واقع، گزینه ها هوا (کانال) و یا آب (لوله کشی) است. درخت توزیع هوا بزرگ است و بنابراین به احتمال زیاد اثرات بصری زیادی دارد مگر اینکه بالای سقف، زیر طبقه و یا در داخل شیار عمودی پنهان بماند. درختان توزیع آب فضای بسیار کمتر مصرف می کنند (حجم معین آب حرارت بسیار بیشتر از همان حجم

هوا در همان دما انتقال می دهد) و به راحتی در داخل سازه مانند ستون یکپارچه می شود. درخت هوا و آب می تواند منبع نویز باشد.

درخت توزیع چه ارتباطی با ساختمان دارد؟ اگر بر روی سطح خارجی قرار گیرد، می تواند ساختار سازمانی سه بعدی به نما بدهد. درختان توزیع بیرونی فضای کف کمتر محصور و مقید مصرف کرده اما به پوشش گران قیمت نیاز دارند و در معرض اتلاف حرارتی و بهره زیادی قرار گرفته، که مصرف انرژی را افزایش می دهد. درختان داخلی اغلب در محور قرار دارد و با دیگر فضاهای پیوسته عمودی مانند شفت آسانسور و پله ها طبقه بندی می شود. اگر انتخاب یک درخت توزیع بیرونی باشد، سهم بالقوه آن در عملکرد نمای ساختمان باید در نظر گرفته شود و به لحاظ معماری یکپارچه شده باشد. به عنوان مثال، شبکه کانال ممکن است به عنوان یک سایبان یا به عنوان یک قفسه نور یا عنصر سازماندهی بصری عمل کند.

انتخاب سیستم های تهویه مطبوع تحت تاثیر قرار مقدار فضای مورد نیاز سیستم است. در برخی موارد، تامین اتاق تجهیزات کوچک در فواصل منظم در طول یک ساختمان آسان است، طوری که درخت توزیع کمی مورد نیاز خواهد بود. در موارد دیگر، یک شبکه از درختان توزیع و فضای تجهیزات مرکزی بزرگ ممکن است راحت تر جای بگیرد. شکل 12.63 یک ماتریس مربوط به تاثیر روی درختان توزیع متمرکز / پراکنده در مقابل سیستم های آب / هوا را نشان می دهد.

شکل ۱۲-۶۳- ماتریس درخت توزیع

 

 

 

جدول ۱۲-۶- روند تطبیق نواحی و سیستم ها

 

به منظور قیاس درخت به نتیجه منطقی آن، "برگ ها" را به عنوان عناصر تحویل یعنی نقاط تبادل بین شبکه توزیع و فضاهای مناسب در نظر بگیرید. انتخاب دستگاه تحویل بطور قابل ملاحظه ای زیبایی شناسی و قابلیت استفاده از فضا را تحت تاثیر قرار می دهد. یک دستگاه بزرگ نظیر فن کویل را بر روی یک دیوار بیرونی زیر پنجره در مقابل یک دریچه سقفی سوراخ که ممکن است اساسا نامرئی باشد، در نظر بگیرید. موضوع درختان توزیع مربوط به انتخاب یک سیستم تهویه مطبوع و قابلیت منطقه بندی مناسب است. یک روش ساده انطباق نیازهای منطقه و قابلیت سیستم در جدول 12.6 نشان داده شد، که در آن انتخاب سیستم اولیه برای یک ساختمان مانند ساختار چند منظوره پیشنهادی در شکل 12.5 صورت می گیرد. با استفاده از این فرآیند، 16 منطقه مبنا به سه سیستم محلی و سه  سیستم مرکزی: یکی تمام هوا، یکی آب و هوا تمام آب تبدیل می شوند.

 

شکل ۱۲- ۶۴- ساختمان ساختمان فاکس پلازا در سان فرانسیسکو

 ساختمان فاکس پلازا در سان فرانسیسکو، که بیانگر این گونه تطابق بین سیستم و مناطق و درختان توزیع است، در شکل 12.64 نشان داده شد. این پروژه شامل چهار نوع ساختمان در یک ساختار است.

پارکینگ زیرزمینی

مرکز تجاری در سطح زمین شامل یک بانک، فروشگاه تخصصی زنان و دیگر موسسات تجاری

ده طبقه دفتر

شانزده طبقه آپارتمان

اتاق مکانیکی بین بخش اداری ساختمان و آپارتمان بالا است. درخت توزیع- تهویه مطبوع، الکتریکی و غیره رو به بالا و پایین بوده و در نتیجه دو درخت کوتاه به جای یک درخت بلندتر حاصل می شود. الزامات فضایی دفاتر و آپارتمان کاملا متفاوت است؛ به این ترتیب، ارتفاع کف تا کف، پنجره و تهویه مطبوع، برق، آسانسور و دیگر خدمات متفاوت است. استقرار سطح مکانیکی بین دفاتر و آپارتمان نیز فاصله بصری مشخصی بین دو کارکرد ایجاد می کند.

نکته غیر معمول استقرار دیگ بخار در طبقه 13 به جای زیرزمین است. فقط مقدار کمی تجهیزات مکمل و کمکی بر روی پشت بام و بخش کوچکی از گاراژ قرار دارد. مناطق مسکونی گرمایش آب گرم (سرمایش محل مسکونی به ندرت در سان فرانسیسکو مورد نیاز است)، دفاتر گرمایش سرمایش سریع دو کاناله و مناطق تجاری

(طبقه همکف) آب سرد و گرم برای کنترل آب و هوا مورد نیاز است.

همانطور که اشاره شد، طراحان فاکس پلازا یک موقعیت میانی را برای تجهیزات منبع گرما و سرما به عنوان یک وسیله جداسازی طبقه آپارتمان ها از طبقه دفاتر انتخاب کردند. دیگر مکان های معمولی برای تجهیزات مرکزی در زیرزمین (که در آن سر و صدای دستگاه به راحتی جدا شده، تاسیسات به راحتی قابل دسترسی است و وزن دستگاه مشکل کوچکی است) و در پشت بام قرار دارد، که در آن دسترسی به هوا به عنوان یک مخزن برای رد گرما ساده ترین حالت است و طبقه ارتفاع نامحدود است. ساختمان بسیار بلند به چند طبقه مکانیکی میانی نیاز دارد.

یکپارچه سازی سیستم های تهویه مطبوع

پوشیدگی یا بی حفاظی: لوله، کانال و مجاری انتقال منابع لازم پیرامون ساختمان اغلب در فضای محصور پنهان شده و جز پیمانکاران و تعمیرکاران کسی آنها را نمی بیند. مزایای پوشیدگی شامل کاهش پخش سر و صدا، سطوح پیچیده کمتر نیاز به تمیز کردن، مراقبت کمتر در ساختمان (نشتی مهم است نه نما) و کنترل بیشتر بر ظاهر سقف داخلی و سطوح دیوار. اگر چه تعمیر و نگهداری به چنین عناصر توزیع پنهان مشکلتر است، انواع مختلف پانل های دسترسی قابل جابجایی به خصوص برای استفاده با حالت سقف معلق موجود اند.

بی حفاظی شبکه های توزیع یک منبع مطمئن و مستقیم توجه بصری است. بی حفاظی در راهروها و سرویس ها و پوشیدگی در دفاتر یک روش مورد استفاده در بسیاری از ساختمان های اداری است. بی حفاظی معمولا مشوق انعطاف پذیری است. تغییرات به راحتی انجام می شود. یکی از نمونه های دیدنی سیستم های مکانیکی (و ساختاری) در شکل 12.65نشان داده شد-ساختمانی ناشی از مسابقات طراحی یک موزه هنرهای مدرن، کتابخانه مرجع، مرکز طراحی صنعتی، مرکز پژوهش موسیقی و آکوستیک و خدمات در مرکز شهر پاریس.

شکل ۱۲-۶۵- نمایی از سیستم ساپورت مکانیکی