مقایسه هزینه های سوخت سیستم گرمایش تابشی و حرارت مرکزی یک سوله 860 متر مربعی

مقدمه

استفاده از تكنولوژي سیستم گرمایش سوله صنعتی الگو گرفته از طبيعت و گرم شدن زمين توسـط خورشـيد اسـت. در سـال 1800ميلادي ويليام هرشل ستاره شناس انگليسي به كمك يك منشور تجزيه نور و يك دماسنج متوجه شد كه امواج منتشره از خورشيد بعد از تجزيه توسط منشور، در رنگ آبي داراي كمترين دما، و در رنگ قرمز داراي بالاترين دما مـي باشد. پس از آن مشخص گرديد كه بيش از 50درصد انرژي منتشره از خورشيد، به وسيله امواج نامرئي مادون قرمز به كره زمين مي رسد.[1] در روش گرمايش تابشي نيز دستگاه مولد گرما كه يك مشعل گازسوز يا گازويل سوز اسـت با افزايش دماي داخل لوله ها آنها را به تابش واداشته و به كمك بازتابنده ها امواج تابشي به سمت مكان مورد نظر گسيل داده مي شوند تا پس از جذب بار ديگر به گرما تبديل شوند. بدين ترتيب با اجتناب از گـرم كـردن تـوده هـوا وتلفـات ناشي از آن و همچنين با حذف و سرمايه گذاري اوليه براي احداث موتورخانه در سيستمهاي گرمـايش سـنتي و كـاهش هزینه تعمیر و نگهداری و هزینه های سوخت سیستم گرمایش سوله صنعتی، در مصرف انرژی و هزينه هاي مربوط به آن صرفه جويي حاصل مي شود. اين مسئله بسـياري از متخصصان تاسيسات را بر آن داشته تا با جايگزيني سيستم هاي گرمايش متداول با سيستم هاي گرمايش تابشي گـام بزرگي در جهت كاهش هزینه سوخت سیستم گرمایش سوله و ميزان مصرف انرژي بردارند. در مقاله حاضر اين دو سيستم در يك محـيط صـنعتي نمونه طراحي و نتايج آن با هم مقايسه شده است.

جهت مشاهده و خرید تجهیزات سرمایشی و گرمایشی سوله از فروشگاه “سوله ساز” دیدن فرمایید

محاسبه هزينه اوليه و ميزان انرژی مصرفی سیستم گرمایش سوله صنعتی

سوله مورد نظر در اين مقاله با مساحت تقريبي 860 متر مربع در شهرك صنعتي شاهرود واقع گرديده اسـت. در شكل شماره 1 پلان كلي سوله قابل مشاهده است. ناحيه بندي سوله فوق جهت محاسـبه بـار حرارتـي كـل، طبـق جدول شماره 1 انجام شده است. با استفاده از نرم افزار كرير، بار حرارتي هر ناحيه به صورت مجزا محاسبه گرديده است كه نتايج آن در جدول شماره2)موجود مي باشد.

شکل2: شماتيك محل نصب يونيت هيتر ها(ابعاد به متر)

نكته حائز اهميت اين است كه با توجه به ارتفاع كم قسمت اداري و قسمت زيرين آن در سوله مركزي استفاده از دستگاه هاي گرمايش تابشي براي گرمايش آن ها امكان پذير نمي باشد زيرا حداقل ارتفاع نصب تمامي دستگاه هاي گرمايش تابشي بيشتر از 3.5متر مي باشد. بنابراين براي گرمايش اين بخش ها بايـد از روش هـاي جـايگزين ديگـری استفاده نمود، لذا براي مقايسه بار گرمايشي مورد نياز كل مجموعه از بار حرارتي اين دو قسمت چشم پوشي مـي شـود تا در مقايسه ميزان مصرف انرژي سيستم ها تاثير گذار نباشند. با توجه به نكته بيـان شـده مقـدار بـار گرمايشـي كـل مجموعه كه در اين مقاله مورد مقايسه قرار مي گيرد عبارت است از 105744.89كيلوكالري بر ساعت (419628 بـي تي يو بر ساعت).
بكارگيري گرمايش مركزي در بخش توليد و انتقال گرما در سيستم هاي حرارت مركزي اتلافاتي وجود دارد كه به طور متوسط شامل %15 اتلافات حرارتي گازهاي خروجي از دودكش، %14 تلفات ناشي از افت دما در حين انتقال سيال مي باشد، بنابراين در مجموع با تقريب بسيار خوبي اين سيستم ها داراي %29 اتلافات در بخش توليد و انتقال حرارت مي باشند. با در نظر گرفتن اين مقدار اتلافات سيستم، كل انرژي مورد نياز ورودي به موتور خانه عبارت است از 148936.46كيلوكالري بر ساعت 591025.35 (بي تي يو بر ساعت). اين ميزان انرژي با توجه به اينكه گاز مصرفي شهرستان شاهرود از خط لوله سوم سراسري كشور تامين مي شود و داراي ارزش حرارتي 8117 كيلوكالري بر مترمكعب مي باشد [2] نيازمند مصرف 18.35 مترمكعب بر ساعت گاز طبيعي است. برق مصرفي پمپ و يونيت هيتر ها طبق اطلاعات شركتهاي سازنده آنها 4.9 كيلووات در ساعت است. (موضوع: هزینه سوخت سیستم گرمایش سوله)

در جدول شماره 3 تجهيزات مورد نياز جهت توليد ، انتقال و توزيع اين ميزان انرژي و نيز برآورد هزينـه مـورد نياز تهيه و اجراي آن گنجانده شده است. لازم به ذكر است كه تمامي قيمت ها مربوط به زمان نگارش مقاله مي باشد.
در شكل 2 شماتيك محل نصب يونيت هيتر ها و همچنين طريقه لوله كشي و سايز لوله هـاي مـورد اسـتفاده نمايش داده شده است. هزينه طراحي اين سيستم كه توسط يك مهندس تاسيسات انجام شود 10.000.000 ريال مي باشد و در نهايت، هزينه اجراي اين پروژه در شهر محل اجراي پروژه 40.000.000 ريال . است با توجه به قيمـت هـاي بيان شده براي سيستم حرارت مركزي اجرا و طراحي اين سيستم هزينه اي معادل 197.800.000 ريال در بردارد بكارگيري گرمايش تابشي براي گرمايش اين محيط با استفاده از ابعاد و اطلاعات ارائـه شـده توسـط شـركت هاي سازنده ، تجهيزات گرمايش تابشي به شرح جدول 4 انتخاب مي شود. شماتيك محل نصب دسـتگاه هـا در شـكل شماره 3 نشان داده شده است. بايد توجه داشت كه در بخش يك و سه مي توان از يك دستگاه با طول بيشتر اسـتفاده نمود كه تمام سالن را پوشش دهد ليكن بهتر است از دو دستگاه مجزا استفاده كرد تا در صورت خرابي يكي از آنها تنها بخشي از سالن گرم نشود و يا اگر قسمتي از سالن بنا به دليلي احتياج به گرمايش نداشت دستگاه مربوط به آن قسمت را خاموش كرد.
با توجه به ميزان مصرف گاز دستگاه هاي انتخاب شده مصرف گاز براي گرمايش كل مجموعه 9.72 متر مكعب در ساعت گاز مي باشد. ميزان مصرف برق اين دستگاه ها در مجموع 0.8 كيلووات در ساعت است. طراحي اين سيستم توسط شركت توليد كننده كاملا رايگان بوده و سايرهزينه هاي خريد و اجراي اين سيستم در جدول شماره 5 مشاهده مي شود. بنابراين هزينه كلي خريد و اجراي اين سيستم 111.000.000 ريال است.

تمام ارقام ریالی ذکر شده در این مقاله مربوط به سال 1393 است

شکل3: شماتیک محل نصب دستگاه ها (ابعاد به متر)

بحث وتحليل نتايج سیستم گرمایش سوله صنعتی

طبق نتايج حاصله از بخش هاي قبل، مقدار گاز مصرفي در سيسـتم طراحـي شـده بـا گرمـايش تابشـي برابـر %52.97 گاز مصرفي توسط سيستم حرارت مركزي است. بنابر اين با استفاده از سيستم گرمـايش تابشـي %47.03 در مصرف گاز صرفه جويي شده است. مصرف برق اين دستگاه ها نيز معادل %16.33 سيستم حرارت مركـزي مـي باشـد بنابر اين در مصرف برق نيز %83.67 صرفه جويي شده است. اين تفاوت بدليل استفاده از گرمايش توده هوا و جابجايي آن بمنظورگرمايش محيط در سيستم هاي حرارت مركزي مي باشد. صعود هواي گرم شده به قسمت هاي بالايي سالن سبب مي شود كه مناطق بالاتر و نزديك به سقف گرمتر از مناطق نزديك به سطح زمين شـده و بـدين ترتيـب انـرژي بيشتري جهت گرمتر شدن مناطق نزديك سطح زمين مصرف مي شود، از سوي ديگر به علت اختلاف دماي زياد هواي گرم زير سقف با دماي هواي محيط بيرون گرماي بيشتري از سقف هدر مي رود. در سيستم گرمايش تابشي تـوده هـوا در انتقال گرما نقشي نداشته و گرما از طريق تابش در مناطق نزديك كف سالن جذب شده و تمركز گرما بر كف محيط قرار مي گيرد.

يكي ديگر از دلايل اين اختلاف كه باز هم مربوط به گرم شدن هواي محيط در سيستم حرارت مركزي اسـت، نشت هواي گرم به بيرون و نفوذ هواي سرد به محيط داخلي است، در اكثر سالن هاي صنعتي نياز به تهويه مداوم هـوا وجود دارد كه در اين صورت هواي گرم شده توسط سيستم حرارت مركزي از محيط خـارج شـده و جـاي خـود را بـه هواي سرد مي دهد، بنابراين هوايي كه براي گرمايش آن انرژي زيادي صرف شده هدر مي رود. در گرمايش تابشي هـوا گرما را به صورت كاملا جزئي جذب كرده و با تهويه وخروج هوا گرماي زيادي هدر نمي رود و تهويه محيط صـنعتي درفصول سرد با محدوديت كمتري روبرو خواهد بود.

يكي ديگر از مباحث مقايسه اين دو سيستم بايكديگر سرعت گرمايش محيط اسـت، در سيسـتم هـاي حـرارت مركزي به علت استفاده از جا به جايي سيال براي انتقال حرارت، مدت زمان زيادي صرف پيش گرمايش شـده رو بـا راه اندازي مجدد سيستم نيازمند طي اين مرحله و گرم شدن اوليه مي باشد بنابراين براي گرمايش سريعتر محيط سيستم بايد در ساعات غير كاري نيز روشن بوده و انرژي مصرف مي شود. در سيستم هاي تابشـي از آنجـا كـه هـوا نقشـي در گرمايش ندارد نيازي به پيش گرمايش نبوده و سيستم قادر است با سرعت زيادي گرماي محيط را تامين نمايد. اين امر خود باعث مي شود تا در ساعات غير كاري سيستم خاموش باشد و انرژي مصرف نشود. بـا در نظـر گـرفتن ايـن نكتـه ميزان صرفه جويي در مصرف اين دستگاه ها تا %60 مي رسد. (موضوع: هزینه سوخت سیستم گرمایش سوله)

از ديگر مباحث مهم در مقايسه اين دو سيستم تعمير و نگهداري آنهاست، در سيستم هاي حرارت مركـزي بـه علت تعدد قطعات و وجود آب و به دنبال آن خوردگي قطعات تعمير و نگهداري بسيار هزينـه بـر و زمـان بـر اسـت. در سيستم هاي تابشي با توجه به عدم تعدد قطعات و همچنين عدم وجود آب و خوردگي قطعات تعميـرات در بـازه هـاي طولاني مدت انجام مي شود و به علت سادگي سيستم زمان زيادي صرف تعميرات آن نمي شود.
هزينه اوليه سيستم تابشي %56.12 هزينه اوليه سيستم حـرارت مركـزي اسـت، لـذا بـا اجـراي ايـن سيسـتم %43.88 در هزينه هاي اوليه نيز صرفه جويي مي شود. جهت آشنایی با انواع سیستم های گرمایشی و سرمایشی فضای داخل سوله اینجا کلیک کنید.

نتیجه گیری

صنايع و واحدهاي گرمايش صنعتي هر ساله مقادير بسياري گاز و ذرات زيان آور را در هوا رها ميسازند. اين آلايندهها موجب بروز انواع بيماريها و به مخاطره افكندن محيط زيست ميشوند. ضرورتهاي زيست محيطي و محدويت منابع فسيلي لزوم تغيير سيستم فعلي انرژي و جايگزيني روشهاي سنتي را افزايش داده است. يك سيستم قابل قبول جايگزين ميتواند سيستمي باشد كه ضمن كاهش ميزان آلاينده ها در نتيجه كاهش هزینه سوخت گرمایش داخلی سوله، در هزینه سوخت گرمایش داخلی سوله و هزينه هاي انرژي نيز صرفه جويي حاصل كند. در اين مقاله با پرداختن به محاسبات علمي و استفاده از نرم افزار هاي محاسباتي به مقايسه سيستم هاي گرمايش مركزي و گرمايش تابشي پرداخته شد . با توجه به اعداد و اطلاعات به دست آمده در اين مقاله مشاهده شد كه بكارگيري گرمايش تابشي در محيط هاي صنعتي با ارتفاع زياد در مقايسه با گرمايش مركزي، از مزيتهاي زيادي برخوردار است. با بكارگيري سيستم گرمايش تابشي در يك محيط نمونه، صرفه جويي 47.3 درصدي در مصرف گاز و 83.67 درصدي در مصرف برق بدست آمد. همچنين 43.88 درصد در هزينه هاي اوليه صرفه جويي حاصل شد. اين مقدار كاهش مصرف انرژي خود به تنهايي بهترين عامل براي انتخاب سيستم هاي گرمايش تابشي براي محيط هاي صنعتي و ساختمان هاي با ارتفاع زياد است، ضمن اينكه اين سيستم ها علاوه بر صرفه جويي در انرژي مصرفي، هزينه طراحي و اجراي كمتري نيز دارند. ميزان كاهش در مصرف انرژي و آلاينده هاي حاصله از آن خود گوياي اين مطلب است كه جايگزيني سيستم هاي حرارت مركزي سنتي با سيستم گرمايش تابشي در محيط هاي با ارتفاع زياد و متداول شدن آن در جامعه صنعتي تا چه حد از ديدگاه محيط زيست در سطح كلان حائز اهميت است. همچنين با حذف تلفات ناشي از بكارگيري گرمايش و جابجايي توده هوا،پ شاهد افزايش بهره وري انرژي مصرفي جهت گرمايش محيط هاي صنعتي . خواهيم بود ضمن اينكه در نتيجه فراهم ساختن گرمايش مفيد و يكنواخت در يك محيط صنعتي بازده بالاتري را از نيروي كار مشغول در آن محيط شاهد خواهيم بود.(موضوع: هزینه سوخت سیستم گرمایش سوله)