تحقیق مقاله عایق های حرارتی

انواع روشهای گرمایش و سرمایش در ساختمانهای مسکونی و تجاری

    مقدمه:

          تهیه محیط مناسب برای زندگی در فصول مختلف سال یک مسئله مهم است. انسان اولیه با شناختن آتش در کلبه ها و غارها ،ایجاد گرمای غیر سالم توام با دود ، تااندازه ای خود را در زمستان سرد حفظ میداشت و بعدها با گذاشتن دود کش ،هدایت دود بخاری با ساخت اولین بخاری دیواری انجام گرفت.رومیها به طریق بسیار جالبی ،یعنی گرم کردن کف ساختمانها بوسیله نصب کانالهای دود محیط را گرم می کردند،که هنوز در بعضی از نقاط آثار آن باقی است.

           امروز یکی از سیستمهای معمول بنام گرمایش تشعشعی به  تقلید از این روش مورد استفاده قرار می گیرد.با افزایش جمعیت جهان و محدود بودن منابع انرژیهای فسیلی ،نیاز به بررسی و تحقیق بیشتر در رسیدن به راههای عملی و صحیح بهره برداری از این انرژیها ،فرایندی است که می بایست با دقت هر چه تمامترانجام گیرد.

          در این فصل علاوه بر اشاره به روشهای مختلف گرمایش و سرمایش ،بررسی  در مورد روشهای صرفه جویی و همچنین جلوگیری از اتلافات حرارتی و برودتی

صورت خواهد گرفت.                                                                                

1-1- روشهای گرمایش ساختمان به صورت مجزا

در این روشها جهت گرمایش هوا در محیط داخلی ساختمان از منابع جداگانه نسبت به گرمایش آب مصرفی روزانه استفاده شده و گرمایش آب مصرفی و هوا ساختمان به صورت پیوسته نیست .

 بطورطبیعی  در این روش مصرف کننده های مختلف انرژی وجود خواهند داشت که به  تفضیل توضیح داده خواهد شد.

1-1-1-گرم کردن هوای داخلی ساختمانهای مسکونی و تجاری (به صورت مجزا)

         میدانیم که درجه حرارت بدن انسان ثابت بوده و 37 درجه سانتیگراد 

می باشد.اصطکاکهای داخلی بدن همانند (جریان خون ، حرکت عضلات ) وعکس

 ا لعملهای گرمازای داخلی در انسان تولید انرژی حرارتی کرده که باید به خارج دفع شود تا درجه حرارت بدن به علت افزایش این انرژی حرارتی بالا نرفته و همواره ثابت باشد.آزمایشات نشان میدهد که انسان در حال فعالیت کم ،وقتی احساس راحتی می کند که درجه حرارت و رطوبت نسبی محیط در شرایط مطبوع بوده و دفع انرژی حرارتی از بدن بدان گونه باشد که احساس نامطلوبی در شخص ایجاد نکند.

این شرایط در فصل زمستان و تابستان متفاوت است . وقتی درجه حرارت کمتر از این مقدار باشد بدن شخص در مقابل عکس العملهای گرمازا قرار گرفته و شخص احساس سرما خواهد کرد که در این حالت نیاز به گرمایش محیط داخلی ساختمان وجود خواهد داشت .

در جدول زیر شرایط جهت احساس مطلوب برای انسان در محیط داخلی ساختمان و در فصل زمستان مشخص شده است.    

جدول (1-4):شرایط داخل ساختمان در زمستان[khasto,B; 1991]   

محل

درجه حرارت استاندارد

محل

درجه حرارت استاندارد

سالن غذا خوری

20-18

تئاتر،سینما،رستوران

20

اطاق نشیمن

21-25

بیمارستان،اطاق عمل

35-21

هتل و اتاق خواب

21

بیمارستان،اتاق بیماران

21

حمام

27-21

کارخانجات با کار سبک

18-16

سرویسهای بهداشتی

20

کارخانجات باکارسنگین

16-10

آشپز خانه

18

مدرسه و سالن کنفرانس

20-18

راهرو

18-16

انبارها

18

دفتر کار

20

مدرسه،سالن کنفرانس

20-18

سالنهای ورزشی

18-13

اطاق رنگ کاری

27

اماکن عمومی

22-20

حمام بخار و سونا

43

جهت رسیدن به دمای مطلوب در ساختمانهای تجاری و مسکونی در سیستمهای مجزا استفاده از بخاریها می باشد.

         انواع بخاریهایی که در حال حاضر در کشور ایران استفاده می شود به شرح زیر هستند:

بخاریهای گازی

بخاریهای نفتی

بخاریهای برقی

بخاریهای گازی:

         این مدل بخاریها در حال حاضر در کشور ما ایران ،تولید گسترده ای پیدا کرده است و شرکتهای متعددی در این زمینه فعالیت دارند . این بخاریها در حال حاضر با بازدهی بسیار کمی حدودا کمتر از 70-60 در صد به نوع تکنولوژی ساخت کار می کنند و ما بقی انرژی دریافتی خود را تلف می کنند .

در سالهای اخیر با تمهیداتی که اداره استاندارد با همکاری شورای لوازم گاز سوز در نظر گرفته که شرکتهای تولید کننده را ملزم به افزایش راندمان کاری این نوع بخاریها کرده است.

         یکی از این تمهیدات ،اختصاص برگهای انرژی * روی محصولات خانگی من جمله بخاریهای گاز سوز است که به صورت اجباری از سال 1381 بروی لوازم خانگی نصب شده و آگاهی لازم به مصرف کننده نسبت به راندمان محصول داده خواهد شد.

         همانطور که میدانیم انتقال حرارت از بخاریها ،خصوصا در بخاریهای گاز سوز به محیط داخلی ساختمان از چهار طریق صورت میپذیرد .

         بسته به نوع انتقال حرارت چهار نوع کلی از بخاریهای گاز سوز وجود دارند:

 بخاریهای گاز سوز با انتقال حرارت جابجایی

بخاریهای گاز سوز با انتقال حرارت جابجایی-تشعشعی

بخاریهای گاز سوز با انتقال حرارت جابجایی اجباری

بخاریهای گاز سوز با انتقال حرارت جابجایی اجباری-تشعشعی

)4-4(

بخاریهای گازسوز با انتقال حرارت جابجایی:

         این نوع بخاریها متداولترین نوع استفاده شده در کشور ما میباشدو متاسفانه پایین ترین راندمان را نیز دارد. در این نوع بخاریها گاز پس از عبور از شیر کنترل وارد برنر*شده و روی برنر در محفظه احتراق ،محترق می شود.در داخل محفظه  احتراق با نصب براکتهایی گازهای سوخته شده را ازمسیرهای از پیش طراحی شده حرکت میدهند و در این حرکت گازها ،گرما به جدارههای بیرونی و از آنجا بطریق جابجایی طبیعی به محیط اطراف منتقل خواهد شد.

         طی آزمایشات انجام شده در صورتیکه این بخاریها در بهترین حالت کار کنند در شرایط آزمایشگاهی به شرایط زیر خواهیم رسید:

8% = میزان co2 در خروجی

ppm50=میزان co در خروجی

c 250 = دمای دودکش

         طی آزمایشان انجام شده در این نوع بخاریها ما ناگزیر از تولید آلاینده های محیط زیست از قبیل دی اکسید کربن و منواکسید کربن می باشیم و در صورتیکه بخواهیم از میزان آلاینده ها کم کنیم به تعداد زیادی از راندمان بخاری کسر شده و اتلاف انرژی بسیار زیادی خواهیم داشت . که در حالت ایده ال برای آلاینده ها در شرایط آزمایشگاهی به نتایج زیر می رسیم.

7/2% = میزان co2 در خروجی

ppm0=میزان co در خروجی

c 120 = دمای دودکش

         ولی در این حالت راندمان سیستم ما به ، 40 در صد خواهد رسید که در واقع ما 60 درصد از گازهای سوخته را از دودکش هدر خواهیم داد.

بخاریهای گاز سوز با انتقال حرارت جابجایی-تشعشعی:

          این نوع بخاری یکی از بهترین انواع بخاری است که با شرایط ایران بسیار سازگار است . در این نوع بخاریها حرارت به دو روش جابجایی و تشعشعی انتقال )4-5(می یابد. بدیهی است که در این نوع بخاریها راندمان بسیار بالا تر خواهد بود.

         این نوع بخاری به علت داشتن سرامیک ،گرمای حاصل از احتراق را علاوه بر  جابجایی ،از طریق تابشی نیز انتقال میدهد و انتقال حرارت تابشی این خاصیت را دارد که قبل از اینکه هوای محیط گرم شود گرما از طریق تابش به اطراف رسید ه و محیط را گرم می کند . لازم به ذکر است که انتقال حرارت از طریق تابش با توان چهارم دما ارتباط مستقیم دارد 4 T   A▲   εδ=σ  درحالیکه از طریق جابجایی با توان اول دما مرتبط است MCAT = σ بنا براین دارای راندمان بالا می باشند. در این رابطه A سطح مفید سرامیکها ،δ .ثابت استفان  – بولتزمان برابر 4 K 2 M /W8-10*67/5 یا 4 hrk2m/kcal 8- 10*88/4 ،ε قابلیت تابش جسم ،▲T اختلاف دما بین جسم و محیط ،m جرم هوای جابجا شده و c ظرفیت گرمای ویژه هوا و در نهایت σ برابر میزان انرژی ایجاد شده است.

         بدین ترتیب بعد از گذشت چند ثانیه از روشن کردن این نوع بخاری گرما به صورت تشعشعی انتقال پیدا خواهد کرد و مصرف کننده آن را احساس خواهد کرد .در حال حاضر این نوع بخاری دردو مدل دودکش دار و بدون دود کش  تولید می شود .چون در مدل بدون دودکش دار این بخاریها تمامی گازهای سوخته شده نیز وارد محیط داخلی ساختمان می شوند ،راندمان تقریبابه 100   درصد نزدیک خواهد شد.

         جهت جلوگیری از خطرات  ناشی از سوختن گازهای هیدرو کربنی در این نوع بخاریها از یک سیستم محافظ ،بنام O.D.S * استفاده می شود.طرز کار این سیستم به  این صورت  می باشدکه در حالت طبیعی اکسیژن محیط 21 درصد از حجم هوای اطراف ما را تشکیل میدهد ،در صورتیکه ک مقدار اکسیژن محیط از 21 درصد به 17 درصد برسد شعله پیلوت* به دنبال اکسیژن به سمت بالا رفته و در این حالت ترموکوپل* بخاری سرد شده و مسیر گاز بسته می شود و بخاری در این حالت خاموش می شود..لازم به ذکر است این سیستم طی آزمایشات در آزمایشگاه فیزیک شرکت آبسال در مقدار ppm80 از منواکسید کربن دستور خاموش بخاری را صادر خواهد کردو همانطور که میدانیم از نظر استاندارد محیط داخلی ساختمان تا ppm 200 مجاز خواهد بود.

بخاریهای گاز سوز با انتقال حرارت جابجایی اجباری

         این نوع بخاریها ،از لحاظ تکنولوژی ساخت بسیار به بخاریهای با انتقال حرارت جابجایی مشابه هستند ،تنها تفاوت اصلی در آن این است که هوای گرم شده توسط یک فن به محیط ساختمان هدایت میشود . این بخاریها می توانند با سرعت خوبی هوا ساختمان را به صورت یکنواخت گرم  کنند ولی چون فن دستگاه نیز با جریان الکتریکی و برق ساختمان کار می کند خود نیز عامل مصرف انرژی می باشد . لذا می بایست در طراحی استفاده از این نوع بخاری دقت زیادی به عمل آید. در این نوع بخاریها گاز در برنر مشتعل شده و گازهای سوخته توسط لوله هایی به طرف دود کش هدایت می شود.در پشت  لوله های خروجی گازهای سوخته شده فن قرار خواهد گرفت و گرما را به سرعت به اتاق منتقل خواهد کرد .

         لازم به ذکر است تولید کننده ها ی این نوع بخاری در ایران شرکتهای انرژی و پلار می باشند که عموما در سطح کارگاههای صنعتی ،مساجد و راهروهاو مدارس استفاده می شوند.

بخاریهای گاز سوز با انتقال حرارت جابجایی اجباری و تشعشعی:

         این نوع بخاریها به تمامی روشهای انتقال حرارت می توانند ،حرارت را منتقل نمایند . تکنولوژی ساخت این نوع بخاری مربوط به یک شرکت ژاپنی بنام رینای 1    می باشد.[Website;RinnaiHeater.htm]                                                                                                       در سال    1361 برای اولین بار شرکت آبسال این نوع بخاریها را در مدل 90-R و 2000-RC وارد ایران نمود ،در سالهای اخیر نیز شرکت صنعتی برفاب از این تکنولوژی استفاده و اقدام به تولید آن کرده است .

         این نوع بخاریها با بازده بسیار بالا در حدود %80 کار می کنند و تنها هزینه نصب بالایی دارند.نحوه کار این نوع بخاریها به این ترتیب است که گاز پس از عبور از شیر کنترل وارد برنر شده و در آنجا محترق خواهد شد.در این احتراق جرقه اولیه توسط مولد جرقه داخل شیر تولید و توسط جرقه زن پیلوت دستگاه روشن خواهد شد.درهمین هنگام  این  گاز ورودی به کمک شعله پیلوت محترق خواهد شد. هوای ثانویه جهت سوخت نیز از سوراخهای بسیار ریزی که روی یک نوع سرامیک ویژه که جهت این نوع بخاریها طراحی شده است تامین شده و سرامیکها سرخ خواهند شد. گرمای حاصله نیز توسط یک فن که پشت محفظه احتراق*وجود دارد، در کل اطاق منتشر خواهد شد و گازها سوخته توسط دودکش به بیرون هدایت خواهد شد .مصرف گاز شهری این بخاریها نیزhr/ 3 m 3/1 در حالت حداکثر بار می باشد

بخاریهای نفتی:

         این نوع بخاریها مدتهای مدیدی در ایران استفاده می شده اند و در حال حاضر نیز در برخی از نقاط کشور که فاقد شبکه گاز رسانی شهری می باشند و دسترسی به کپسولهای گاز مایع نیز مشکل میباشد ، استفاده می شوند.

         طرز کار این نوع بخاریها به این صورت است که نفت از یک شیر تنظیم کننده وارد یک محفظه احتراق شده و در آنجا به صورت دستی محترق خواهد شد و حرارت به صورت جابجایی به محیط اطراف هدایت خواهدشد. این نوع بخاریها با راندمان بسیار پایینی کار می کنند و مشکلاتی از قبیل بوی ناهنجار و سختی استفاده ،از معایب آن می باشد.