تاثیر سیستم تهویه مطبوع بر توزیع دمای داخل سوله

توزیع دمای داخل سوله :افزایش مصرف انرژی و کاهش منابع تامین آن در دو دهه اخیر سبب شده است، صنعتگران و محققین سعی در ارائه راهکار برای الگوی مصرف انرژی و بهبود کارکرد تجهیزات مصرف کننده انرژی داشته باشند.(کلیدواژه: سیستم تهویه سوله، توزیع دمای داخل سوله )

مقدمه

سیستم رمایشیگ مطبوع تهویه های و سرمایشی، از مهمترین زمینه های مصرف انرژی در بخش ساختمانی هستند که نقش اساسی در آسایش نسبی برای افراد ایفا میکنند. در این بخش پیشرفتهایی در عملکرد تجهیزات و سیستم های تهویه مطبوع انجام شده است و در این زمینه روش های نوینی ارائه شده است که در کاهش مصرف انرژی و بهبود شرایط آسایش افراد بسیار موثر بوده است.
جهاتیغ و همکاران[1] سیستم گرمایش هیبریدی در یک ساختمان مسکونی برای اقلیمهای مختلف در ایران را به منظور کاهش اتلافات حرارتی در ساختمان همزمان با تامین آسایش حرارتی بهینهسازی کردند. برای شبیه سازی، یک مانکن مجازی با ابعاد و شکل فیزیولوژیکی واقعی بهصورت ایستاده درون یک اتاق قرار گرفته و جریان اطراف آن حل شده است.

نتایج نشان میدهد در سیستم هیبریدی توزیع جریان اطراف شخص همگن شده و در سرعت کمتر ضمن تامین آسایش، میزان اتلافات حرارتی کاهش می یابد.

حیدری نژاد و همکاران [2] در یک مطالعه، با محاسبه بار سرمایی کویل در سیستمهای توزیع هوای زیر سطحی، تاثیر دریچه های برگشت و خروج مجزا و ارتفاع دریچه برگشت بر مصرف انرژی، شرایط آسایش و کیفیت هوای داخل مورد بررسی قرار دادند. با بررسیهای صورت گرفته، انتخاب موقعیت 1/0متر (مرز بالایی ناحیه سکونت در حالت نشسته) برای دریچه برگشت، سبب صرفه جویی 15/0درصدی در میزان مصرف انرژی با حفظ شرایط آسایش حرارتی و کیفیت هوای داخل میشود.

<p>او و همکارانش در یک مطالعه دیگر[3] ،سیستم ترکیبی خنک کننده تبخیری با سرمایش تبخیری غیر مستقیم شامل برج خنک کننده و کویل سرمایشی را مطالعه کردند. همچنین از الگوریتم ژنتیک جهت تعیین مقدار بهینه پارامترهای طراحی استفاده کردند. تابع هدف در بررسی آنها، کمینه کردن مجموع هزینه های آب و انرژی مصرفی است. نتایج نشان میدهد برای سیستم بهینه در مقایسه با سیستم اولیه، مصرف آب و برق به میزان چشمگیری کاهش مییابد. معرفت و همکاران[4] به بررسی و تحلیل شرایط آسایش حرارتی ترکیب سیستم سرمایش تشعشعی هیدرونیک و تهویه لایهای پرداختند .نتایج نشان میدهد محل دریچه خروجی هوا مهمترین پارامتر تاثیر گذار بر شرایط آسایش حرارتی و کیفیت هوا میباشد. همچنین اگر 30تا 40درصد بار سرمایش از طریق تهویه لایهای خارج گردد بهترین شرایط آسایش ایجاد میشود. معرفت و همکاران او[5] در یک بررسی دیگر، عملکرد سیستم سرمایش ترکیبی کانال زیرزمینی هوا و خنک کننده تبخیری مستقیم مورد بررسی قرار دادند. نتایج آنها نشان میدهد، این سیستم در مقایسه با سیستم تبخیر کننده مستقیم سبب افزایش کارآیی به میزان 45درصد میشود.(کلید واژه : سیستم تهویه سوله)

<p>ذوالفقاری و همکاران[6] تاثیر دبی و دمای هوای ورودی، بر عملکرد یک سیستم تهویه مطبوع به هنگام خواب مورد بررسی قرار دادند. برای این سیستم یک تخت و دو دریچه ورود و خروج به ترتیب در بالای سر و زیر تخت در نظر گرفته شده است.<br>نتایج نشان میدهد عملکرد سیستم به شدت به دبی و دمای هوای ورودی وابسته است و دارای مقدار بهینه برای آسایش به هنگام خواب میباشد.<br>کیم و همکاران[7] در یک بررسی عددی استفاده از توزیع هوا از کف و از سقف را مقایسه نمودند. این بررسی در یک محیط آمفی تئاتر دارای سقف بلند صورت گرفته است. نتایج آنها نشان میدهد با استفاده از ورودی هوای در کف اختلاف دما در جهت عمودی کمتر میباشد و برای افراد آسایش بیشتری ایجاد میشود. (کلید واژه:سیستم تهویه سوله) مائو و همکاران[8] در یک بررسی گسترده، عملکرد یک سیستم تهویه مطبوع را برای حالت خواب مورد بررسی قرار دادند و به تحلیل آزمایشگاهی و عددی میزان تاثیر محل قرارگیری دریچههای ورودی و خروجی هوا بر عملکرد این سیستم پرداختند. نتایج تحقیقات ایشان نشان میدهد که بکارگیری این سیستم موجب صرفه جویی قابل ملاحظهای در مصرف انرژی میشود. همچنین مشاهده میشود که با نزدیک شدن دریچه ورودی و خروجی هوا به محل قرارگیری انسان میتوان بهره وری انرژی را افزایش داد اما این امر سبب توزیع غیر یکنواخت دما و سرعت میشود.<br>دنگ و همکارانش[9] با استفاده از نمایشگرهای میدانی و بررسی اشغال محیط، یک ساختمان دارای سیستم تهویه طبیعی و سیستم توزیع هوای از کف را از لحاظ میزان آسایش افراد مورد بررسی قرار دادند. نتایج آنها نشان میدهد شرایط آسایش ساختمان فقط در تابستان رضایت بخش میباشد و در زمستان این سیستم مناسب نمیباشد.(کلید واژه: توزیع دمای داخل سوله، سیستم تهویه سوله)

<p>مقالانی و همکاران[10]، به بررسی عملکرد سیستمهای تهویه مطبوع در یک بیمارستان پرداختند، برای این بررسی یک شبیه سازی ساعتی برای یک سال تمام انجام شده و سیستم تهویه مطبوع مجتمع پیشنهاد شده برای مصرف بهینه انرژی مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج این بررسی نشان میدهد مصرف برق به میزان %87 کاهش یافته است.<br>مطالعات بیان شده به تغییر در سیستم های تهویه مطبوع جهت کاهش مصرف انرژی توجه داشتند. در زمستان، عملکرد اکثر سیستم های تهویه مطبوع بگونه ایست که تجمع حرارت در نزدیکی سقف و اختلاف دمای نقاط نزدیک کف و سقف به دلیل همرفت طبیعی هوای گرم رخ میدهد. این پدیده یکی از مهمترین مشکلاتی است که خصوصا در محیطهای با ارتفاع زیاد مانند سالنهای ورزشی، مساجد و غیره برای گرمایش یک محیط رخ میدهد. شکل 1طرح شماتیکی از این پدیده را نشان میدهد.</p>

این امر سبب میشود جهت رسیدن به یک دمای مطلوب در محدوده در دسترس افراد، مصرف انرژی افزایش یابد. بنابراین اگر بتوان در محیط مورد نظر یک توزیع دمای تقریبا یکنواختیتری ایجاد کرد نیاز به مصرف انرژی کمتری وجود خواهد داشت. مقاله حاضر تاثیر استفاده از یک کانال تهویه مطبوع را بصورت آزمایشگاهی بر توزیع دمای یک سوله با ارتفاع حداکثر 5 متر بررسی مینماید. وظیفه اصلی این کانال مکش حرارت تجمع یافته در نزدیکی سقف و انتقال و دهش آن به محدوده در دسترس افراد است تا از این طریق دمای ناحیه آسایش افراد افزایش یابد.

معرفی هندسه سوله، هندسه، ابعاد و تجهیزات کانال تهویه مطبوع و نحوه اندازه گیری دما

هندسه سوله مورد بررسی در شکل 2 و ابعاد آن و محلهای اندازه گیری دما و جهت جغرافیایی در شکل 3 نشان داده شده است. اندازه گیری دما بر روی سه مقطع صورت گرفته است، مقطع دیوار شمالی با شماره ،4مقطع فرضی وسط با شماره 5و مقطع دیوار جنوبی با شماره 6در شکل 3شماره گذاری شده است. در هر محل در چهار ارتفاع که برای دیوار جنوبی و دیوار شمالی در ارتفاع های صفر، 1متر، 2متر و 0متر و برای مقطع فرضی وسط در ارتفاع های صفر، 1/73متر، 0/43متر و 5متر دماها اندازه گیری شده است. اندازه گیری دما در سه حالت مختلف صورت گرفته است، در حالت اول فنکویل ها درحالت فعال با توان ماکزیمم و کانال تهویه مطبوع غیر فعال، درحالت دوم فنکویلها در حالت فعال با توان ماکزیمم و کانال تهویه مطبوع فعال میباشد و درحالت سوم فنکویلها در حالت فعال با توان متوسط و کانال تهویه مطبوع فعال میباشد.

کانال تهویه مطبوع مطابق شکل 4از جنس ورق گالوانیزه میلی متر می 5/3باشد، جهت پخش یکنواخت هوا توسط کانال، کانال تهویه مطبوع سوله در وسط نصب شده است ارتفاع کانال 3.5 متر است و ابعاد سطح مقطع عرضی کانال 30سانتی متر در 30سانتی متر می با قدرت فن باشد هوادهی 1500متر مکعب بر ساعت 5مطابق شکل در کانال استفاده شده است. در پایین کانال 4مطابق شکل یک دریچه برای جهت دهی به هوای خروجی استفاده شده همچنین است. برای جلوگیری از تبادل حرارت در مسیر، کانال با پشم شیشه عایق کاری شده است. (کلید واژه: توزیع دمای داخل سوله ، سیستم تهویه سوله)
همانطور که در شکل2 مشاهده می شودمحیط سوله جهت گرمایش دارای دو عدد فن کویل می باشد، فن کویل ها با مشخصات 220ولت و 50 هرتز می باشد.

نحوه اندازه گیری دما بدین صورت است که در حالت اول فنکویل ها به مدت 3 ساعت در حالت فعال گذاشته شد تا دمای محیط به حالت پایا برسد و سپس دمای نقاط با استفاده از دیتالاگر که تصویر آن در شکل6 نشان داده شده است اندازه گیری گردد. در حالت دومکم و سوم وقتی کانال تهویه مطبوع 1/5مدت فعال شد تا شرایط به حالت پایا برسدو شپش دماها اندازه گیری شد.(کلید واژه: توزیع دمای داخل سوله، سیستم تهویه سوله)

نتایج و بحث

در شکل 7 توضیح دما بر روی دیوار جنوبی گوشه سمت راست در سه حالت بررسی شده است. در حالت اول فن کویل ها در حالت فعال با درجه زیاد و کانال تهویه مطیوع غیر فعال، مشاهده می شود دما در نزدیکی کف 23/9 درجه سانتی گراد بوده، در ارتفاع 1 متر دما تا 24/4 درجه سانتی گراد افزایش می یابد و در ارتفاع 2متر دما به 25/2 درجه سانتی گراد رسیده و در نهایت در نزدیکی سقف دما برابر 25.7 درجه سانتی گراد میباشد که این افزایش دما به دلیل همرفت طبیعی و صعود گرما میباشد، در حالت بعدی که فنکویل ها در حالت فعال با درجه زیاد و کانال تهویه هم فعال میباشد مشاهده میشود در نزدیکی کف دما 24/4درجه سانتیگراد بوده،در (ارتفاع 1متر) دما تا 24/8 درجه سانتیگراد افزایش می یابد و در ارتفاع 2متر دما به 24/6 درجه سانتیگراد رسیده در نهایت در نزدیکی سقف دما برابر با 24/3 درجه سانتیگراد می باشد، مقادیر به دست آمده از دما نشان می دهد که کانال تهویه مطبوع سبب شده تا حد امکان اختلاف دمایی سقف با کف کاهش یابد وو سبب افزایش دما تا ارتفاع 1/3 متر شده است. که ناحیه دلخواه برای استفاده افراد ( ناحیه آسایش) می باشد. در حالت بعدی فن کویل ها با درجه متوسط است و کانال تهویه هم فعال می باشد نتایج به این صورت است که در نزدیکی کف دما 23/6 درجه سانتیگراد بوده، در ارتفاع 1متر دما تا 24/5 درجه سانتیگراد افزایش می یابد و در ارتفاع 2متر دما به 24/4 درجه سانتی گرادرسیده و در نهایت در نزدیکی سقف دما 24/2 درجه سانتیگراد می باشد و مثل حالت قبل وجود کانال اختلاف دمایی سقف با کف را کاهش داده است.مشاهده میشود کانال در این حالت تنها در یک محدوده کمی توانسته است سبب بهبود دما شود.(کلید واژه: توزیع دمای داخل سوله ، سیستم تهویه سوله)

در شکل توزیع دما بر حسب ارتفاع بر روی وسط دیوار جنوبی در سه حالت بررسی شده است. مشاهده میشود در حالتی که فنکویلها در حالت فعال با درجه زیاد و کانال تهویه هم فعال میباشد کانال تهویه مطبوع سبب افزایش دما تا ارتفاع 7/3متر شده است. در این حالت وجود کانال سبب بهبود دما در کل ناحیه آسایش افراد نشده است. و همچنین مشاهده میشود در حالتی که فن کویل در حالت توان متوسط است وجود کانال در هیچ نقطهای موثر نبوده است. (کلید واژه: توزیع دمای داخل سوله)

در شکل 11 توزیع دما در وسط مقطع در سه حالت بررسی شده است. مشابه شکل قبل مشاهده می شود تنها در حالت توان ماکزیمم فن، وجود کانال توانسته استدر محدوده آسایش افراد (تا ارتفاع 1/3متر)و حتی تا ارتفاع 2 متر، سبب افزایش دما شود. در شکل 12دما توزیع در گوشه سمت چپ مقطع وسط در سه حالت بررسی شده است. مشابه شکل 10مشاهده میشود. تنها در حالت توان ماکزیمم فن، وجود کانال توانسته است در محدوده آسایش افراد( تا ارتفاع1/3متر) و حتی تا ارتفاع 2/2 متر، سبب افزایش دما شود. در شکل 13 توزیع دما در گوشه سمت راست دیوار شمالی در سه حالت بررسی شده است. مشاهده می حالت شود تنها در توان ماکزیمم فن، وجود کانال توانسته است در محدوده آسایش افراد( تا ارتفاع 1/5 متر)، سبب افزایش دما شود.

در شکل 14 وسط دیوار شمالی در سه حالت بررسی شده است. مشاهده میشود تنها در حالت توان ماکزیمم فن، وجود کانال توانسته است در محدوده آسایش افراد( تا ارتفاع 1/5متر)، سبب افزایش دما شود. در شکل 15دما توزیع در گوشه سمت چپ دیوار شمالی در سه حالت بررسی شده است. مشاهده میشود فاصله زیاد کانال با این ناحیه سبب شده است وجود کانال تنها در نزدیکی کف سبب افزایش .دما شده است از مقایسه شکلهای فوق به طور کلی میتوان نتیجه گرفت کانال تهویه مطبوع تنها در حالت توان ماکزیمم فن توانسته است سبب بهبود دما در محدوده آسایش افراد شود و با فاصله گرفتن از کانال، وجود کانال تا ارتفاع کمتری موثر واقع شده است. در مقطع وسط، وجود کانال در حالت توان ماکزیمم فن متر 2/2داکثر ارتفاع حتا و در دیوار جنوبی تا ارتفاع متر و در 1/5 دیوار شمالی تا ارتفاع حداکثر 1/3 متر سبب افزایش دما شده است.

نتیجه گیری (کلید واژه: توزیع دمای داخل سوله)

در این پژوهش، جهت استفاده از حرارت بلااستفاده محبوس شده در نزدیکی سقف ساختمان به هنگام گرمایش در فصل زمستان، یک کانال بازیاب حرارت و تهویه مطبوع طراحی و ساخته شد و عملکرد این دستگاه در یک سوله با ارتفاع حداکثر بر روی سه متر 5مقطع در دو توان متوسط و ماکزیمم مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج بدست آمده از ارزیابی این سیستم نشان میدهد: وجود کانال به طور کلی سبب کاهش دما در نزدیکی سقف شده است.
کانال تهویه مطبوع تنها در حالت توان ماکزیمم فن توانسته است سبب افزایش دما در محدوده آسایش افراد شود. با فاصله گرفتن از کانال، وجود کانال تا ارتفاع کمتری موثر واقع شده است. در مقطع وسط، وجود کانال در حالت توان ماکزیمم فن تا حداکثر ارتفاع 2/2 متر و در دیوار جنوبی تا ارتفاع 1/5 متر و در دیوار شمالی تا ارتفاع حداکثر 1/3 مار سبب افزایش دما شده است.

نویسندگان اصلی این مقاله مهندس مجید تاج آبادی و دکتر قدرت قصابی است و سوله ساز این مقاله را فقط باز نشر نموده است

مراجع (کلید واژه: توزیع دمای داخل سوله ، سیستم تهویه سوله)

[1] نبی جهانتیغ، علی کشاورز و مسعود میرزایی، بهینه سازی سیستم گرمایش هیبریدی ساختمانهای مسکونی در اقلیم های مختلف ایران جهت تامین آسایش حرارتی، مکانیک سازهها و شارهها، دوره ،0شماره ،0صفحه .1092 ،130-97
[2] قاسم حیدری نژاد، محمدحسن فتحااللهزاده ،هادی پاسدارشهری، بررسی اثر ارتفاع دریچه برگشت هوا بر مصرف انرژی، آسایش حرارتی و کیفیت هوا در سیستم توزیع هوای زیرسطحی، مجله مکانیک مدرس، دوره ،14شماره ، ،16صفحه .1090 ،100-125
[3] قاسم حیدری نژاد، سید ضیا میری ،هادی پاسدارشهری، بهینهسازی سیستم سرمایش ترکیبی خنک کننده تبخیری مستقیم- برج خنک کننده بهمنظور کمینه کردن هزینه های عملکرد با استفاده از الگوریتم ژنتیک، مجله مکانیک مدرس، دوره ،15شماره ،4صفحه .1094 ،054-040
[4] مهدی معرفت، نوید مروت، سید امیررضا حسینی، عملکرد تهویه ای و گرمایی در سیستم هیبرید سرمایش تشعشعی هیدرونیک و تهویه لایه ای در یک فضای مسکونی، مجله مکانیک شریف، دوره ،01-0شماره ،2صفحه .1094 ،124-110
[5] مهدی معرفت، صادق احمدی، امین حقیقی پشتیری، بررسی سیستم سرمایش ترکیبی کانال زیرزمینی هوا و خنک کننده تبخیری مستقیم و ارزیابی عملکرد آن، مجله مکانیک مدرس، دوره ،15شماره ،5صفحه .1094 ،144-107
[6] سید علیرضا ذوالفقاری، علی فواد الدینی، سید محمد هوشمند، تحلیل عملکرد یک سیستم تهویه مطبوع متمرکز به منظور تامین آسایش حرارتی در هنگام خواب، مجله مکانیک مدرس، دوره ،15شماره ،13صفحه .

.[7] kim, G., Schaefer, L., Lim, T.S., Kim, J.T.(2013), Thermal comfort prediction of an underfloor air distribution system in a large indoor environment, Energy and Buildings, 64, pp 323-331
[8] Mao, N., Pan, D., Chan, M., Deng, S.(2014), Experimental and numerical studies on the performance evaluation of a bed-based task/ambient air conditioning(TAC)system, Applied Energy, 136, pp 956-967
[9] Deng, X.., Kokogiannakisa, G., Ma, Z., Cooper, P.(2017), Thermal comfort evaluation of a mixed-mode ventilated office building with advanced natural ventilation and underfloor air distribution systems, Energy Procedia, 111, pp 520-529

[10] Wael M.EL- Maghalany , Aly A.ElHefni , Mohamad ELHelw , Abdelhamid AHia, 2017, Novel Air Conditioning System Configuration Combining Sensible and Desiccant Enthalpy Wheels, Applied Thermal Engineering, pp 1-15

نویسندگان

مجید تاج آبادی ، قدرت قصابی