ترجمه : مهندس نیره شمشیری
مأخذ: ماهنامه اشری – مارس 2016

ساختمان علوم آنه-ماری ادوارد در کالج جان ابوت مونترال موفق به کسب جایزه کنفرانس 2016 اشری در حوزه تاسیسات آموزشی جدید شده است.
این ساختمان در دل محوطه ای از درختان صدساله Ginkgo جای گرفته است. ساختمان 121600 فوت مربعی (11297 مترمربعی) جدید، شیشه های بزرگی در نما دارد که معماری اطراف را منعکس می کند و اتاق میانی بزرگ با پلکانی باابهت دارد که با درختان Ginkgo باشکوه رقابت می کند.
ساختمان شش طبقه مدرن که در کمپ تاریخی واقع شده به آموزش فیزیک، زیست شناسی و شیمی اختصاص می یابد.
کلاس‌ها، آزمایشگاه‌های آموزشی با هودهای شیمیایی، اتاق‌های هیئت علمی، فضاهای دانشجویان و نیز مناطق مرکزی شامل راهرو ورودی و تالار میانی 12900 فوت مربع (1198 مترمربعی) در این ساختمان واقع شده است.

کالج جان ابوت بعد از حادثه تیراندازی 1989 در دانشکده پلی تکنیک اکول به نام آنه-ماری ادوارد، یکی از قربانیان حادثه، نام گذاری شد. ادوارد دانشجوی رشته مهندسی در پلی تکنیک بود و مدیران جان ابوت احساس کردند ساختمان جدید با مهندسی نشان می دهد چگونه انسان‌ها برای پایداری زیست محیطی با استفاده از فناوری و دانش کاربردی ضروری هستند.
تلفیق اصول طراحی پایدار، کلید موفقیت این پروژه است که هدف آن اخذ گواهی طلای LEED بوده است. ابتدا تصمیم گرفته شد چاه‌های زمین گرمایی، ذخیره حرارتی، گرمایش و سرمایش تابشی، یک سیستم هوای بیرون اختصاصی و بازیابی انرژی برای اگزاست‌های هود عمومی و شیمیایی، پایه راندمان انرژی ساختمان، کیفیت هوای داخل و آسایش حرارتی را تشکیل دهد.

راندمان انرژی
یک مدل کامل انرژی ساختمان در نرم افزار Canmet ENERGY’s EE4 شبیه سازی شد که از 2.1e-DOE استفاده می کند. نمونه مرجع برای EE4 بر اساس قانون ملی انرژی مدل کانادایی برای ساختمان‌ها ( MNECB 1997) است. شبیه‌سازی پیش‌بینی کرد ساختمان 39 درصد انرژی کمتری نسبت به نمونه مرجع مصرف می کند که طبق 2009 LEED Canada NC معادل کاهش 28 درصدی در 2007-90.1 ASHRAE/IESNA Standard است. این نتایج شامل مقدار قابل توجهی هوای اگزاست شده فرایند آزمایشگاه می شود:

24 هود شیمیایی و قفسه ای، بازوهای استخراج، کابینت‌های حلال و اسید، تجهیزات تخصصی و … . مصرف انرژی شبیه سازی به دلیل مصرف بالای انرژی زمین گرمایی بسیار کمتر از نمونه مرجع است. داده‌های اندازه گیری انرژی از فوریه 2014 تا ژانویه 2015 در شکل 1 موجود است. مصرف انرژی واقعی 10 درصد کمتر از شبیه سازی و 45 درصد کمتر از نمونه مرجع است. شدت انرژی محل در حال حاضر 48 kBtu بر فوت مربع در سال (545 مگاژول بر متر مربع در سال) است، در حالی که نمونه مرجع 87.2kBtu بر فوت در سال (990 مگاژول
بر متر مربع در سال) است.

سیستم های هیدرونیک
وجود یک شبکه زمین گرمایی همراه با پمپ‌های حرارتی و مخازن نگهداری حرارتی سرد و گرم لایه‌بندی شده شبکه توزیع را قادر می سازد هم‌زمان در حالات گرمایش و سرمایش کار کند. دو مخزن ذخیره حرارتی 800 گالنی (3028 لیتری) به 5 پمپ حرارتی دو مرحله ای وصل می‌شوند که با تزریق سیال گرم به بخش بالایی مخزن گرم و سیال سرد به بخش پایینی مخزن سرد طبقه بندی را حفظ می کند. 45 چاه زمین گرمایی هرکدام به عمق تقریبی 400 فوت (122 متر) برای فعال کردن مجدد مخازن ذخیره استفاده می شوند. این سیستم به 50 تا 70 درصد نیاز انرژی گرمایش و سرمایش ساختمان پاسخ می دهد. دو چیلر پشت بامی هواخنک 150 تن (528 کیلووات) و دو بویلر برقی 288 کیلووات (MBH 983) برای پوشش بارهای باقی‌مانده استفاده می شود. پمپ‌های سرعت متغیر در بخش‌های گرم و سرد شبکه توزیع استفاده می شود تا به شرایط بار واقعی پاسخ دهد.
یک سیستم گرمایش خورشیدی برای پیش گرمایش آب گرم بهداشتی استفاده می شود. کلکتورهای صفحه مسطح خورشیدی می‌توانند بخشی از تقاضای روزانه آب گرم بهداشتی را پیش گرم کنند؛ صرفه جویی سالانه انرژی گاز، 0.149kBtu بر فوت مربع در سال (1.7 مگاژول بر متر مربع در سال) است.

سیستم های هوا
سیستم هوای خارجی اختصاصی (DOAS) همراه با سیستم‌های هوای ثانویه، دستگاه‌های فن کویل و تیرهای سقف و کف تابشی، ابزارهایی برای جدا کردن تصفیه و توزیع هوای تازه از الزامات میزان تغییرات هوا در ساعت (ACH) و فشار آزمایشگاه و کنترل دمای محل فراهم می کند. سیستم هوای تازه دو روش بازیابی انرژی را تلفیق می کند.
مبدل نوع ذخیره ای (accumulation type exchanger) کارامدتر (با استفاده از کاست‌های آلومینیومی جاذب انرژی) برای اگزاست عمومی (10800 فوت مکعب در دقیقه 5097 لیتر بر ثانیه) و حلقه گلیکول دورگِرد (runaround glycol loop) با راندمان کمتر برای اگزاست آزمایشگاه (25000 فوت مکعب در دقیقه 11799 لیتر بر ثانیه) به منظور پیشگیری از هر نوع آلودگی استفاده می شود. بر اساس دماهای Montreal BIN ، مبدل نوع ذخیره ای راندمان سالانه انرژی محسوسی در حدود 82 درصد و انرژی نهان تقریبی 70 درصد دارد. حلقه گلیکول دورگرد راندمان زمستانی 40 درصد دارد.

راندمان تابستان معمولاً به دلیل اختلاف دمای کمتر بین هوای ورودی و خروجی کمتر است. این اختلاف دما در تابستان با سرمایش تبخیری غیرمستقیم (آبی که از فن‌کویل‌های سرمایش جمع می شود) افزایش می یابد. افزایش بر اساس محاسبات مقایسه‌ای با و بدون فرایند رطوبت زنی، 20 درصد تخمین زده می شود. همه فن‌های دستگاه هواساز مجهز به موتورهای با دور متغیر است تا به الزامات تهویه زمان واقعی ازجمله ورودی سنسورهای دی اکسید کربن پاسخ دهد.
برای کاهش مقدار هوای تازه که برای کاربردهای آزمایشگاهی تصفیه می شود، یک سیستم ثانویه دوکاناله برای سیرکولاسیون مجدد هوای برگشت از نواحی مشترک استفاده می شود. در صورت لزوم، این هوای گرمتر را می‌توان به نواحی داخلی سیرکوله کرد تا به عنوان هوای جبرانی برای اگزاست فرایند آزمایشگاه یا خروج از مبدل نوع ذخیره ای استفاده شود.

تاسیسات آموزشی

کیفیت هوای داخل و آسایش حرارتی
مراکز یادگیری، کلاس‌ها، اتاق‌های کنفرانس و سایر مکان‌های شلوغ، دارای سنسورهای CO2 هستند که اجازه می‌دهد تهویه طبق نیاز واقعی تنظیم شود. آزمایشگاه ها به 4ach هوای اگزاست نیاز دارند یعنی 4ach هوا باید تأمین شود. برای کاهش اتلاف، فقط حداقل نرخ تهویه تأمین شده و هوای جبرانی میزان دفعات تغییر هوای لازم را کامل می کند. آزمایشگاه‌ها همچنین به 10ach ترکیب نیاز دارند که مثل بیشتر مکان های غیر آزمایشگاهی دیگر با استفاده از فن کویل کامل می شود. اگرچه آزمایشگاه‌ها تحت فشار منفی هستند، ساختمان در کل فشار مثبت دارد تا نفوذ هوا از خارج به داخل کاهش یابد.

در شرایط آب و هوایی مناسب (بین 53.6 درجه فارنهایت و 68 درجه فارنهایت؛ 12 و 20 درجه سانتی گراد)، تهویه طبیعی در کلیه مناطق سیرکولاسیون اصلی به صورت خودکار کنترل می شود (پنجره‌های نزدیک انتهای راهروهای ورودی به منظور تقویت اثردودکشی در راهروهای تالار اصلی باز می شوند). پنجره‌هایی که دستی باز می شوند اجازه کنترل مجزای تهویه طبیعی در محل‌های غیرآزمایشگاهی پیرامونی را می دهند.
از آن‌جایی که نور طبیعی عامل مهمی در طراحی محسوب می شود، بیشتر فضاها شیشه‌های بزرگ دارند. برای خنثی کردن اثر بارهای ورودی، سیستم سقف و کف تابشی سرمایش و گرمایش روی تیرهای بتونی اطراف ساختمان نصب می شود.
علاوه بر داشتن DOAS که با اشباع کردن آن در 53.6 درجه فارنهایت (12 درجه سانتی گراد) هوا را رطوبت زدایی می کند، توجه خاصی به کنترل نقطه شبنم در فصل سرمایش شد تا از تشکیل کندانس روی تیرها جلوگیری شود. تشکیل کندانس همچنین در راهرو بزرگ ورودی و تالار مرکزی در فصل گرمایش یک مسئله بود. بارهای راهرو ورودی با کف گرما تاب تأمین می شود درحالی که هوای دیفیوزرهای کف به روی پنجره‌ها می ریزد تا مانع تشکیل کندانس شود.

نوآوری
ساختمان جدید با شیشه‌های بزرگ پوشیده شده است و آزمایشگاه‌های زیادی دارد که باید با استفاده از ترکیب خاص فنّاوری‌های سیستم‌های آبی و هوایی طوری مدیریت شود که از نظر انرژی کارآمد باشد. شبکه هیدرونیک که آب گرمایش و سرمایش را برای همه تیرهای تابشی و فن کویل‌ها تأمین می‌کند منحصر به فرد است.
اول اینکه یک شبکه هم‌زمان آب گرم و سرد را تأمین می کند. به دلیل وجود دو مخزن ذخیره لایه بندی شده و 5 پمپ حرارتی این کار امکان پذیر می شود. پمپ‌های حرارتی پیوسته حرارت را از مخزن ذخیره سرد استخراج کرده و آن را به مخزن گرم انتقال می دهند؛ شبکه زمین گرمایی هم انرژی را به سیستم اضافه یا از آن حذف می کند. همه بخش‌ها باهم کار می کنند تا تانکرها برای تأمین هم‌زمان آب گرم و سرد متوازن و لایه بندی شده بمانند