تهویه مطبوع بعد از جنگ جهانی دوم

از: DAVID Arnold

ماخذ: ASHRAE

 

(بررسی چند مورد از ساختمان های اداری)

بعد از خارج شدن اقتصاد ایالات متحده آمریگا از مرحله رکود طی سال های پایانی دهه 1930 فروش تجهیزات تهویه مطبوع ناگهان ظرف یک سال دو برابر شد و میزان آن در 5 ماه اول سال 1937 به 30 میلیون دلار بالغ گردید.

تمام تولیدکنندگان عمده مانند جنرال الکتریک فریجیدر کریر یورک وستینگهاوس و غیره دستگاه های تهویه مطبوع مخصوص اتاق تولید کردند که عمدتا در دفاتر کاری نصب میشدند. اما علی رغم در دسترس قرار گرفتن این نوع تهویه مطبوع و فن کویل هایی که توسط Reuben Trane در 1932 به ثبت رسید فناوری تهویه مطبوع مرکزی برای ساختمان های بزرگ از قدیمی ترین زمان نصب آن تغییر چندانی نکرده بود. فناوری مربوط به ترمینال یونیت ها نیز شناخته شده بود اما به ندرت مورد استفاده قرار میگرفت. بیشتر ساختمان های مجهز به سیستم های تهویه مطبوع که قبل از جنگ جهانی دوم ساخته شده بودند دارای سیستم های تمام هوا بودند. فضای زیادی که برای کانال های قائم صرف شده بود عامل بازدارنده مهمی برای مالکانی به شمار می آمد که سعی داشتند بیشترین سود را از هر فوت مربع نصیب خود سازند. در آن زمان هنوز عصر دفاتر کاری کاملا باز فرا نرسیده بود.

تهویه مطبوع و دیوار های پرده ای

به دلیل عدم وجود پروژه های جدید طی ضربالعجل دوران جنگ برای ساخت ساختمان های شخصی یکی از نشریات پیشگام در زمینه معماری شماره ویژه ای را به مسائل معماری پس از جنگ اختصاص داد. سردبیر این نشریه از تعدادی از بهترین آرشیتکت های دنیا از جمله یک آرشیتکت ایتالیایی از پورتلند که از شهرت کمتری برخوردار بود دعوت به عمل آورد تا برای تهویه طراحی هایی جهت تعدادی پروژه که میتوانستند برای یک شهر با اندازه متوسط بعد از این که محدودیت های پس از جنگ از میان برداشته شد مناسب باشند وارد عمل شوند. مایرز تصریح نمود که این طراحان باید روشی پیشرفته اما نه خیلی بلند پروازانه برای برنامه ریزی ساخت و تجهیزات و با توجه به فناوری که در آن زمان قابل دسترس هر چند غیر معمول بود ارائه دهند.

مایرز بلوچی را برای تهیه طرح یک ساختمان اداری انتخاب نمود. بلوچی مینویسد:

فرضیات ما تحت تاثیر شرایط خاصی که در ناحیه شمال غرب حاکم بود قرار گرفته بود یعنی نیروی ارزان و تولید بسیار بالای فلزات سبک برای مصارف جنگی که بعد از اظطرار جنگ باید فکری به حال استفاده از آنها میشد.

ظاهرا وی قصد داشت در سیستم تهویه مطبوع ساختمان ها به شکل گسترده ای از آلومنیوم برای پوشش های فلزی چارچوب پانل های دیواری ورودی های هوای خارج پوشش در دودکش ها و حتی سینی هایی که برای کاشی های سقف به کار میروند استفاده نماید.

ساختمان Equitable

بلوچی قبل از اینکه جنگ به پایان برسد ایده های خود را عملی ساخت. سازمان های صرفه جویی های متوازن و انجمن وام تصمیم داشتند ساختمان جدیدی برای دفتر مرکزی خود در پورتلند بنا نمایند. با اینکه طراحی انجام شده از نظر ظاهری شبیه به پروژه FORUM بود بلوچی تعدادی تغییرات عمده را در طراحی لحاظ کرده بود که محیط داخلی ساختمان را نیز به اندازه ظاهر آن تحت تاثیر قرار میداد. این ساختمان به عنوان اولین و پیشتازانه ترین برج کریستال و فلز معرفی شد و یکی از دیدنی ترین جنبه های آن مساحت چشمگیر شیشه های سبز دریایی آن بود. این شیشه به صورت دو جداره ساخته شده بود و لایه بیرونی آن از جنس شیشه جاذب حرارت بود که باعث کاهش 40 درصدی در انتقال گرمای خورشید به داخل ساختمان میشد.

بلوچی خود را قانع کرده بود که این شیشه ها نه تنها بار گرمایی حاصل از گرمای خورشید را کاهش میدهند بلکه نور آزاردهنده در نقاطی که پوشش درها یا سایبان ها به منظور رفاه ساکنین تعبیه نشده اند نیز کاهش خواهد یافت.

ساختمان سازمان ملل

ساختمان سازمان ملل در نیویورک اولین ساختمان بزرگ بین المللی بود که بعد از جنگ باید ساخته میشد. یک کمیته مشاوره چند ملیتی برای طراحی این ساختمان تشکیل گردید که شامل تعدادی از بهترین آرشیتکت ها بود. رئیس و آرشیتکت راهنمای این پروژه در طراحی ساختمان های بلندی مانند rockerfeller در دوران قبل از جنگ کمک شایانی نموده بود.

طی ارائه این طرح harrison گرفتار اختلاف با corbusier شد که ظاهرا ادعای اعتبار قابل توجهی برای این طرح نموده بود. این اختلاف بر سر حفاظت دفاتر کاری در ساختمان دبیرخانه در برابر گرمای اضافی خورشید و نور مزاحم آن بود. corbusier نمای سنگی را برای ساختمان ترجیح میداد درحالی که اعضای دیگر کمیته برای استفاده از خورشید و حداکثر روشنایی روز نمای تمام شیشه را پیشنهاد میکردند. تصمیم آنها این بود که این امر را میتوان با استفاده از دیوار های پرده ای به بهترین نحو انجام داد هر چند که در آن زمان روش معمولی برای یک آسمان خراش به شمار نمی آمد. ساختمان Equitable تنها نمونه دیوار های پرده ای شیشه ای در آمریکا بود و حتی در آن دوران که مشکل انرژی وجود نداشت این سوال پیش میآمد که گرمای اکتسابی و اتلاف گرما در چنین ساختمانی چه وضعیتی دارد؟

آنها 4 انتخاب از دیوار های شیشه ای مختلف را به همراه پوشش در های ونیزی برای ساختمان سازمان ملل ارائه کردند. این 4 انتخاب شامل شیشه های یک و دو جداره و همچنین شیشه های رنگی و ساده بودند. برای گزینش بهترین نوع شیشه harrison این کار را به عهده مهندسین مکانیک به نام های syska و hennessy نهاد. آنها آزمایشی را با قرار دادن دما سنج های ثبت کننده در مقابل دو پنجره ترتیب دادند که یکی پنجره ها دارای شیشه رنگی و دیگری ساده بود و طرز قرارگیری آنها همانطور که در ساختمان قرار میگیرند در نظر گرفته شد. بعد از دو هفته دماسنج های پشت شیشه رنگی پیوسته 5/5 تا 8/5 دمای پایین تری را نشان دادند.

این امر harrison را متقاعد نمود که شیشه رنگی میتواند گرما و سرمای محیط را تعدیل نموده و قیمت بالاتر خود را بدین طریق توجیه نماید. ممکن است این امر از نظر منطقی جهش بزرگی به شمار آید اما محیط داخلی ساختمان تنها به استفاده از شیشه های رنگی بستگی ندارد.

پنجره ها در ساختمان دارای پوشش درهای ونیزی در قسمت درونی می باشند و 4000 یونیت القایی با سرعت بالا نیز زیر آستانه این پنجره ها تعبیه شده اند. قبل از زمانی که این یونیت ها قابل دسترس شوند تقریبا تمام سیستم های بزرگ تهویه مطبوع ساختمانی از نوع تمام هوا بوده و به همین دلیل دارای کانال های بزرگی بودند.

کریر این اشکال را در دهه 1920 درک کرد و به این نتیجه رسید که هوا با سرعت بالا میتواند راه حل این مشکل باشد. وی این مسئله را در آن زمان پیگیری نکرد اما انواع مختلفی از ترمینال یونیت های مخصوص اتاق طراحی نمود که برای کاهش حجم کلی هوا توسط تامین هوای اولیه با دمایی پایین تر و اختلاط آن با هوای اتاق در نظر گرفته شده بودند. در سال 1937 بود که وی موفق گردید این ایده را توسعه بیشتری بخشد. در سال 1940 امتیاز این نوآوری به وی تعلق گرفت و اولین تاسیسات با استفاده از این روش در این سال تکمیل گردید یعنی تنها چند ماه قبل از اینکه آمریکا وارد جنگ شود و ساخت ساختمان های جدید متوقف گردد. کاربرد این نوع ترمینال یونیت های هوا-آبی برای تهویه مطبوع پیشرفت مهم دیگری در این راستا به شمار میرفت. سیستم تهویه مطبوع از نوع یونیت القایی آب و هوا در آن زمان دارای سه مزیت اصلی نسبت به سیستم های تمام هوا بود:

• بیشترین اکتساب و اتلاف گرما در ساختمان ها از طریق پنجره ها صورت میگیرد و استقرار یونیت ها زیر آستانه پنجره ها با کمترین تاثیر بر روی شرایط هوای اتاق این اتلاف گرمایی را جبران میکند.
• انرژی مربوط به گرمایش و سرمایش در کل ساختمان توسط آب منتقل میگردد که محیط بسیار مناسب تری از سیستم های قبلی که از هوا برای این کار استفاده میکردند به شمار می آید.
• در این سیستم کانال های اصلی هوا با سرعت بالا را تحویل میدهند و تنها باید حداقل نیاز های مربوط به هوای تازه برای تهویه اتاق را تامین کنند به همین دلیل فضای قائم بسیار کمتری برای کانال ها مورد نیاز است.

علی رغم مشکلات مربوط به دیوار های پرده ای ترکیب شیشه های رنگی و پوشش درهای ونیزی و همچنین سیستم یونیت های القای محیطی با سرعت بالا قاعدتا باید به خوبی کار میکرده است زیرا این شیوه در ساختمان های متعددی طی 20 یا 30 سال آینده نیز به کار گرفته شد. اما عجیب است که درمورد یک ساختمان دارای سیستم تهویه مطبوع پنجره های موجود در آن از نوع متحرک بودند هرچند مشخص نشده است که چرا این پنجره ها از الگوی ارائه شده توسط بلوچی پیروی نکردند.

ساختمان Lever House

قواعدی که ذکر شد برای این ساختمان نیز به کار گرفته شد که در سال 1952 یعنی دو سال بعد از ساختمان سازمان ملل تکمیل گردید. این ساختمان  که بر خلاف ساختمان سازمان ملل در تمام چهار طرف آن از دیوار های پرده ای استفاده شد یکی از اولین ساختمان هایی بود که از یک بالابر خودکار تمیزکننده پنجره ها که دارای طناب و قرقره بر روی بام بود بهره میگرفت. این ساختمان نه تنها 21 طبقه داشت که با استفاده از کانال های هوا با سرعت نیاز به اتاق های تجهیزات واسط مرتفع شده بود. نمای تقریبا شفاف این ساختمان بعدا از عمومیت زیادی برخوردار گردید و باعث پیدایش ساختمان های مشابهی در بسیاری از شهر های غربی آمریکا طی دهه های 1950 و 1960 گردید. تهویه مطبوع در این ساختمان عملا بدون آن قابل استفاده نمیباشد.

ارائه راهکار ها

این ساختمان ها باعث گردیدند که آرشیتکت ها ساختمان های عایق بندی شده و شفافی را طراحی نمایند بدون اینکه ظاهرا محیط داخلی آنها را فدای این نما کنند. زمانی که این سبک در جاهای دیگر نیز به کار گرفته شد به نظر میرسید که آرشیتکت ها همیشه ماهیت ضروری تهویه مطبوع در این شیوه را درک نکرده اند. این مشکل همراه با شکست هایی که در زمینه استفاده از دیوار های پرده ای در ابتدای ظهور آن رخ داد به ایجاد تصویر ضعیفی از این سبک ساختمان ها انجامید.

یکی از اولین پیشرفت هایی که در امر ساخت و ساز در انگلستان بعد از جنگ رخ داد در منطقه ای در لندن صورت گرفت که عمدتا توسط بمباران های زمان جنگ صدمه دیده بود. نقشه ای که برای این منطقه در نظر گرفته شده بود شامل شش برج اداری بود که باید با سبک ساختمان Lever House ساخته میشدند. مقامات محلی لندن شاخص های مربوط به نما و اندازه هر یک از این ساختمان ها را تعیین کردند. این شاخص ها شامل دیوار های پرده ای و همچنین ارتفاع 3/3 متر برای هر طبقه بود.

در آن زمان سیستم های تهویه مطبوع به ندرت در ساختمان های اداری لندن به کار میرفتند و این دفاتر به طور طبیعی با استفاده از پنجره های متحرک تهویه میشدند. در طراحی این ساختمان ها اهمیت سیستم تهویه مطبوع در ساختمان هایی مانند Lever House که از آنها الگوبرداری شده بود لحاظ نمیشد و پنجره های متحرک جایگزین نامناسبی برای این سیستم ها به شمار میرفت.

متاسفانه ظاهر اغواکننده این ساختمان ها الگویی را ایجاد نمود که در طراحی های بعدی طی سال های ابتدایی دهه 1960 در لندن و دیگر کشور های غربی دنبال گردید. با این که به زودی مشخص شد که ساختمان هایی از این نوع صرف نظر از اینکه در چه منطقه ای ساخته شده اند نیازمند تهویه مطبوع هستند تعداد کمی از انها با ارتفاع کافی برای طبقات ساخته میشدند. در نتیجه این ساختمان ها شرایط مناسبی برای کار به وجود نمی آورند و همچنین از انعطاف پذیری کافی برای اعمال تغییرات برخوردار نبودند. بسیاری از این ساختمان ها قبل از پایان عمر مفید خود تخریب میشوند همانطور که در لندن این کار درحال انجام است. ساختمان های اداری دارای تهویه مطبوع بالاخره در دهه196 به لندن وارد شدند. یک جهش بزرگ در این ساختمان های جدید مشاهده میشد و پس از عملکرد ضعیف کپی های ساخته شده از ساختمان Lever House بسیاری از این ساختمان ها به سیستم های تهویه مطبوع مجهز شدند. با پیروی از الگو هایی که در آمریکا وجود داشت سیستم یونیت القایی از بیشترین عمومیت برخوردار گردید.

سیستم های کانال دوگانه نیز در معدودی از ساختمان ها استفاده میشدند هرچند که قیمت بالایی داشتند. با پیشرفت تجارب حاصل از استفاده یونیت های القایی با سرعت بالا مهندسین متوجه اشکالات زیر شدند:

• میزان فضای لازم برای قرارگیری ترمینال یونیت ها و کانال های سرعت بالا
• سر و صدا تولید شده از نازل های افشاننده
• احتمال بروز صدای حاصل از نشتی ها در اتصالات کانال های سرعت بالا
• مصرف انرژی سیستم های سرعت بالا تامین هوای فشرده

برخی آرشیتکت ها مشکل محفظه کانال ها را در پیرامون ساختمان با نصب آنها در خارج از ساختمان و ایجاد نمای برجسته تری برای آن حل کردند. در نهایت عمومیت یونیت های القایی در اروپا توسط فن کویل ها و سیستم های حجم متغیر هوا تحت تاثیر قرار گرفت.

جایگزین هایی برای سیستم تهویه مطبوع کامل

طی سال های دهه 1980 یعنی زمانی که تهویه مطبوع به روش حجم هوای متغیر هوا یا vav اصلی ترین روش به شمار می آمد طراحانی بودند که به راه های دیگری برای سرمایش می اندیشیدند. آرشیتکت ها و مهندسینی که در پروژه هایی مانند gateway در انگلستان مشغول به کار بودند حفظ اسایش محیط های داخلی را تنها با استفاده از تهویه طبیعی بررسی نمودند. این ساختمان که در سال 1983 به اتمام رسید در آب و هوایی معتدل بنا نهاده شد و از گرمای خورشید توسط سایبان ها محافظت گردید. در این ساختمان از نورگیر داخلی برای ایجاد تهویه و همچنین تامین نور طبیعی استفاده شد. سقف های کاذب از دفاتر اداری حذف شدند و جرم دمایی سازه برای محدود کردن افت و خیز دمای داخلی مورد بهره برداری قرار گرفت. عملکرد این ساختمان به دقت پایش گردید و نتایج حاصل این قاعده را برای آب و هوای انگلستان به اثبات رسانید که ساختمان های تهویه مطبوع باشند.

نیاز به عایق بندی و یا بسته نگه داشتن پنجره ها در ساختمان هایی که مجهز به تهویه مطبوع هستند در ساختمان هایی مانند cologne ساختمان sas در استاکهلم به چالش کشیده شد. از این رو ترکیب مزایای تهویه مطبوع به منظور حصول رفاه بیشتر و همچنین مصرف انرژی کمتر مورد توجه قرار گرفت. چنین ساختمان هایی با تهویه طبیعی دارای تهویه مطبوع در انگلستان به تدریج عمومیت بیشتری یافتند.

شاخص های مشترک در این ساختمان ها عبارت اند از:

• استفاده از پنجره های باز شونده با کارایی بالا
• عدم استفاده از هوای بازچرخشی
• سرمایش غیرفعال
• کنترل ناحیه ای توسط ساکنین
• استفاده از شیشه های معمولی به جای شیشه های رنگی و رفالکتیو
• ایجاد سایه در برابر نور مزاحم خورشید

روش استفاده از تهویه طبیعی همراه با تهویه مطبوع در یک ساختمان در مواقع مختلفی از سال به نام حالت مختلط شناخته میشود. این روش جایگزینی به شمار می آید که سعی دارد بهترین خصوصیات سیستم های طبیعی و مکانیکی را با هم ترکیب نماید ساختمان ها و سیستم های مهندسی با یکدیگرند تلفیق میگردند تا در زمان های ممکن به شکل طبیعی عمل نموده و استفاده از انرژی را به حداقل برسانند.

سیستم های مکانیکی تنها در زمان شرایط اوج مصرف و دما های بسیار بالا یا پایین خارج ساختمان به کار گرفته میشوند. این ساختمان دفتر مرکزی یک شرکت ارائه دهنده کارت های اعتباری در northampton انگلستان است و از سرمایش غیر فعال طی تهویه شبانه و یک تالاب خنک کننده برای بیشتر مواقع سال و همچنین چیلر های آمونیاکی تحت شرایط سخت بهره میگیرد. تالاب خنک کننده آب سرد شده به روش طبیعی را برای سرد کردن ستنون های سرد تا 20 درجه سانتی گراد تامین میکند. وقتی که دما از این مقدار تجاوز کند تالاب برای دفع گرما از کندانسور های چیلر مورد استفاده قرار میگیرد.

نتیجه گیری

اثرات تهویه مطبوع بر روی ساختمان های اداری دو نتیجه مهم داشت.

1. اولین نتیجه ایجاد فرصتی برای طراحی و ساخت ساختمان هایی بدون محدودیت های شیوه های غیر فعال بود تا سرمایش مناسب را تامین نمایند.
2. دومین نتیجه فرصتی برای ارائه مواد و روش های ساخت جدید با علم به این نکته بود که تهویه مطبوع محیط آسوده ای برای ساکنین فراهم میکند.

در حال حاضر تشخیص این که دیوار های پرده ای چشم انداز نامناسبی را از تهویه مطبوع در دهه 1950 و 1960 ایجاد کرده و یا این که تقصیر به گردن سیستم های ناکارامد تهویه مطبوع بوده است کار دشواری است. سیستم های روکار فعلی که از این تجارب پدید آمده اند در حال حاضر سطحی از عایق بندی هوای خارج را به دست میدهند.

نکته منفی این فناوری این است که ساخت ساختمان های سبک و عایق کردن آنها با روکش های خاص ارزان تر از روش های کنترلی غیر فعال و پنجره های متحرک تمام میشود.

این امر بدین معنی است که به احتمال قوی ساختمان ها طی عمر خود دارای سیستم های تهویه مطبوع باقی خواهند ماند صرف نظر از اینکه سرمایش بتواند با روش های طبیعی ایجاد شود و یا این که تهویه مطبوع کامل چه اثراتی بر روی محیط زیست داشته باشد.

 

منبع: مجله صنعت تاسیسات شماره 61

 

اگر شما هم مشتاق یادگیری تخصصی و حرفه ای دوره های تاسیسات مکانیکی با اساتیدی مجرب هستید میتوانید در دوره های تاسیسات مکانیکی شرکت کنید.