زون‌بندی آسایشی برای طراحی HVAC

زون‌بندی آسایشی برای طراحی HVAC-بخش دوم

مترجم: مهندس نیره شمشیری
منبع: ماهنامه اشری ماه دسامبر 2018

اغلب تازه‌کارها تعجب می‌کنند که انتخاب انواع سیستم HVAC و زون‌های آسایشی باید قبل از انجام محاسبات دقیق بار یا انرژی صورت گیرد. مهندسان برق قبل از تصمیم‌گیری در مورد تجهیزات، بار مصرفی را تعیین می‌کنند و مهندسان سازه قبل از انتخاب اجزای سازه بارهای زنده و مرده خود را پیدا می‌کنند.

با این وجود، برای طراحی HVAC و نیز مدل‌سازی مصرف انرژی، عملکرد یک ساختمان به سیستم‌های HVAC و چگونگی تأثیر فضاها بر همدیگر بستگی دارد؛ بنابراین، نرم‌افزار محاسبه بار و انرژی به این مشخصات به‌عنوان ورودی نیاز دارد.

ترموستات‌ها
درحالی‌که می‌توان چند سنسور دما، رطوبت یا کیفیت هوا در محل‌های مختلف برای یک زون حرارتی داشت، با این حال رایج‌ترین شیوه قرار دادن تنها یک وسیله در یک محل یعنی نوع دیواری و فقط برای دمای حباب خشک است. برای سیستم‌های کنترل آنالوگ، این سنسور دما، بخشی از یک ترموستات که با نام T-stat نیز شناخته می‌شود، است که عملکرد ترمینال یونیت متصل، هواساز یا پمپ زون را کنترل می‌کند و همچنین معمولاً اجازه تنظیم دمای نقطه تنظیم شده توسط فرد ساکن را می‌دهد. برای سیستم‌های دیجیتال، این وسایل اغلب فقط سنسورها هستند، اما بعضی از آن‌ها قابلیت‌های تنظیم سیستم را هم دارند. در اینجا برای سادگی همه این‌ها ترموستات نامیده می‌شوند.
برای یک زون آسایشی که چندین فضا دارند، فقط یکی ترموستات زون دارد. طراح باید این گزینه را انتخاب کند و روی پلان‌های مکانیک که T-stat باید گذاشته شود، نشان دهد. معمولاً علامت مورد استفاده، یک T دایره شکل است. در زمان تصمیم‌گیری در مورد محل قرار دادن ترموستات، به دنبال فضای زونی باشید که در آنجا نیاز به کنترل دارید؛ مثلاً به‌جای فضای انبار کناری، داخل کلاس مناسب‌تر است؛ تصمیم‌گیری بین چندین اتاق بحث برانگیزتر است که بعداً بحث می‌شود. اگر طراح تعیین کند که یک سنسور، آسایش قابل‌قبول را در چندین اتاق یک زون تأمین نمی‌کند، می‌توان هر اتاق را به چندین زون تفکیک کرد یا برای کاهش مشکل، یک سیستم کنترل که اجازه چندین سنسور را می‌دهد و ترتیب مناسب کنترل‌ها را در نظر گرفت. یک روش در گذشته، گذاشتن سنسور در کانال برگشت بعد از برخورد جریان‌های هوا از اتاق‌های زون بود، اما ساکنین معمولاً از نبود یک ترموستات قابل رؤیت ناراضی بودند.
محل قرار دادن یکی از این وسایل برای مقبولیت و پذیرش یک زون حرارتی مهم است. شکایت‌ها از آسایش زمانی اتفاق می‌افتد که یک ترموستات روی یک دیوار بیرونی، روی یک دیوار ساخته شده از بلوک‌های بتونی بلند، در معرض مستقیم نور خورشید یا در جایی بدون چرخش هوای اتاق مثلاً در یک گوشه نصب شود. همچنین در زمان تعیین محل T-stat ها در اتاق‌ها به وجود وسایلی مانند وایت بوردها و تداخلات دیگر و نیز مسائل دسترسی توجه کنید.
عوامل مؤثر بر تصمیمات زون بندی
معمولاً بحث پیرامون زون بندی حرارتی تنها چندین تأثیر را شامل می‌شود. با این وجود، گاهی اوقات عوامل نیز باید بررسی شوند. تجربه بسیار مفید است، پس توانایی‌های زون بندی یک طراح HVAC تازه‌کار باید در طول زمان بهبود پیدا کند.
قرار داشتن در معرض خورشید
بهره‌های حرارتی نور خورشید از طریق پنجره‌ها و تا حد کمتر از مصالح ساختمانی مات تأثیر زیادی روی نیازهای تهویه‌ای یک فضا دارند. یک فضا با پنجره‌ها یا درهای شیشه‌ای بزرگ رو به شرق بیشترین بهره حرارتی را دارند؛ پیک بهره خورشیدی در صبح اتفاق می‌افتد، اما در مورد فضای غربی این پیک اواخر بعدازظهر است. سطوح افقی مانند بام‌های مسطح و نورگیرهای سقفی زیاد اغلب میانه‌های روز پیک بهره خورشیدی دارند. سطوح شیب‌دار به مطالعه دقیق‌تری نیاز دارند، اما ممکن است نسبت به سطوح عمومی معدل خود پیک بهره حرارت خورشیدی بیشتری به ازای واحد سطح داشته باشند. سایبان‌های خارجی و پنجره‌های با عملکرد بالای مختلف می‌توانند تأثیر انرژی خورشیدی روی تصمیمات زون بندی را کاهش دهند، اما احتمالاً بهره‌های خورشیدی یک عامل مهم باقی می‌مانند.
حصارکشی
علاوه بر جنس پنجره‌ها، مقاومت حرارتی هر دیوار بیرونی و بام آن نیز باید مدنظر باشد. برای مثال، پاسخ یک اتاق نشیمن با عایق‌کاری عالی با یک سرسرای حصارکشی شده بدون عایق یا دارای عایق ضعیف یکسان نیست. برای یک دیوار یا سقف با عایق‌کاری خوب، ترتیب مصالح در هر کدام مثلاً جایی که عایق اولیه روی مصالح بنایی گذاشته می‌شود نیز روی واکنش دینامیک فضا به تغییرات شرایط داخل یا بیرون تأثیر می‌گذارد.
جرم
همه مصالح ساختمانی، اثاثیه و کف سازی‌ها جرمی دارند که گرما را ذخیره و منتشر می‌کنند و در نتیجه روی نحوه پاسخ فضاها به بهره‌ها یا تلفات حرارتی تأثیر می‌گذارند. برای محاسبات انرژی و بار HVAC، مشخص‌ترین اجرام مثلاً دیوارها و کف‌ها را باید در نظر گرفت. پیش از این قبل از آنالیزهای موقت، تنها جرم‌هایی که نور مستقیم خورشید را دریافت می‌کردند، مدنظر بودند، در نتیجه معمولاً فقط کف‌های داخل 15 فوت (4.6 متر) بیرون در نظر گرفته می‌شدند. با این وجود، مدل‌های بهتر و ظرفیت محاسبه بیشتر اجازه داده است بسیاری از «اجرام حرارتی» دیگر هم وارد شوند. برای مشخص کردن پاسخ‌ها، اغلب فضاها هنوز به‌عنوان جرم پایین (مانند قاب‌بندی چوبی)، متوسط (فولاد سبک) یا بالا (بتونی/بنایی) طبقه‌بندی می‌شوند. این موارد باید در تصمیمات زون بندی مثلاً جایی که یک اتاق سبک کنار یک جرم بالا قرار دارد مدنظر باشد. اتاق با جرم پایین احتمالاً بسیار سریع‌تر از اتاق‌های جرم بالا گرم و سرد می‌شود؛ نمونه این مورد زمانی است که یک افزونه با قاب‌بندی چوبی به یک ساختمان بنایی اضافه می‌شود.
بارهای داخلی
افراد، چراغ‌ها و تجهیزات بهره‌های حرارتی داخلی هستند؛ نه‌تنها تعداد بلکه جدول زمان‌بندی عملکرد آن‌ها در هر فضا در تصمیم‌گیری‌های زون بندی مهم هستند. برای مثال، دو کلاس یا سالن کنفرانس ممکن است بسیار مشابه باشند، اما زمان‌بندی‌های استفاده از آن‌ها تفاوت زیادی داشته باشد. در صورت ارتباط برای تشکیل یک زون، فقط یک اتاق ترموستات خواهد داشت. آن اتاق باید راحت باشد، اما دیگری نیاز به آسایش دائمی ندارد؛ نمونه این مورد هم وقتی است که اتاق دوم در کاربری کامل اما اتاق کنترل‌کننده خالی از سکنه است. اتاق دوم گرم و شاید ناراحت‌کننده می‌شود. عکس این موقعیت زمانی است که اتاق کنترل‌کننده کاربری زیادی دارد اما دوم بار کمی دارد؛ اتاق دوم خنک و تهویه آن بیش از حد می‌شود. به‌جای آن، جدا کردن زون‌های حرارتی اتاق‌ها را مدنظر داشته باشید.
کاربری و نیازهای تهویه
نرخ تهویه برای فضاها باید از طریق کاربری در نظر گرفته شده برای آن‌ها و استاندارد 62.1 یا 62.2 اشری تعیین شود. با این وجود، با سیستم‌های HVAC تمام-هوا، دبی هوای بیرون برای هر فضا با دبی فضاهای بیرون که به همان هواساز وصل می‌شوند، ترکیب می‌شود؛ بنابراین فضاهای دارای نیازهای هوای تازه مشابه باید با هم گروه‌بندی شوند و معادله فضاهای چندگانه استاندارد برای تعیین نرخ تهویه مناسب در زمان استفاده از روند نرخ تهویه 62.1 به کار گرفته شود. برای مثال، با تهویه کنترل‌شده طبق تقاضا که نرخ تهویه در ورودی هوا از طریق اندازه‌گیری‌های گازهای ناچیز در زون‌ها تنظیم می‌شود، به دلیل رفتار بدترین زون‌ها، تعداد بسیار کمی هواساز می‌تواند در برخی زون‌ها تهویه اضافی ایجاد کند. گذاشتن فضاهای با نرخ سکونت بالا در هواسازهای خود می‌تواند از منظر انرژی و کنترل رطوبت مطلوب باشد.

برای دریافت فایل PDF مقاله روی زون‌بندی آسایشی کلیک کنید.