استفاده از اسپلیت یونیت به جای سیستم موتورخانه
طی چند سال اخیر اسپلیت یونیت (کولر گازی دو تکه)، به عنوان یک وسیله خنک کننده و تکنولوژی نوین مطرح شده و کاربردشان گسترش یافته است. این دستگاه خنک کننده که توان گرمایش را نیز دارد، توجه شماری از صاحبان و مجریان ساختمانهای نسبتا بزرگ را نیز به خود جلب نموده است؛ و اگر نگرانی از بابت پیامدهای احتمالی نبود، آن را جایگزین تاسیسات مرکزی چون: دیگ بخار، چیلر ابزوربشن، برج خنک کننده، پمپها و تجهیزات وابسته میکردند.
روی آوردن روز افزون به اسپلیت یونیت و امکان جایگزینی آن به جای سیستمهای مرکزی، موضوع اصلی این مقاله است. اجزای اصلی طراحی شده برای سیستم مرکزی عبارتند از:
- سختی گیر
- چیلرهای جذب
- دیگهای آبگرم فولاد
- برج های خنک کننده
- پمپهای آبگرم چیلرها
- هواسازها و فن کویلها
- پمپهای برج خنک کننده
- لولهها و کانالهای ارتباطی
- پمپهای گرمایش و سرمایش ساختمان
معایب و مزایای جایگزینی اسپلیت با موتورخانه مرکزی
معایب ناشی از جایگزینی این سیستم عبارتند از:
- پخش آلودگی حرارتی
- نیاز به توجه خاص معماری نما
- کاهش راندمان دستگاه به واسطه برخی از شرایط خاص
- اثرات گاز مبرد (از خانواده فریونها) موجود در سیستم بر محیط زیست
و اما مزایای سیستم اسپلیت عبارتند از:
- کاهش مصرف آب
- کاهش دوره بهره برداری
- کاهش آلودگیهای صوتی
- کاهش سرمایه گذاری اولیه
- برق و گاز سالیانه ساختمان
- کاهش سطح زیر بنای اختصاصی تاسیسات
- ضمانتنامههای قابل توجه کارخانجات سازنده
در نهایت میتوان نتیجه گرفت که، جایگزینی سیستم اسپلیت یونیت با موتورخانه مرکزی و تاسیسات وابسته، هزینه سرمایه گذاری اولیه را به میزان قابل توجه کاهش میدهد.
روند جایگزینی اسپلیت یونیتها با سایر سیستمهای سرمایشی و گرمایشی
با رشد علوم مهندسی و افزایش سطح انتظار مردم، نیاز بشریت به تجهیزاتی که بتوانند آسایش و راحتی را فراهم نمایند، گسترش یافت. این عوامل، بر تاسیسات ساختمانی مانند تهویه مطبوع نیز اثر گذاشتند. بدین ترتیب سیستمهای سنتی، جای خود را به دستگاهها و تجهیزات امروزی دادند. در این جابجائی و تکامل، هر چند آسایش و رفاه مطرح بوده، ولی فاکتور مهم و اساسیتر، بهره وری کار و زندگی است. چرا که اصولا با ایجاد هوای مناسب و مطبوع در محیط، شرایط زندگی بهتر فراهم می شود.
سالهاست که تاسیسات تهویه مطبوع ساختمانهای مهندسی ساز، با وسایل و تجهیزات متداول چون چیلر، برج خنک کننده، دیگ فولادی، هواساز، فن کویل، پمپ، کانال و لولههای ارتباطی مترادف است. به جز ساختمانهای با کاربری خاص، اکثر پروژهها با این شیوه سرد و گرم شده و شرایط مناسب زندگی توسط آنها تامین میگردد.
البته جای تردید نیست که علم و تجربه مهندسی و تجهیزات فوق، به خوبی از عهده سرمایش، گرمایش و تهویه مطبوع بر آید. سیر تحول ۵۰ ساله اخیر، در جهت افزایش راندمان و بهینه سازی مصرف انرژی، منجر به تغییراتی در چیلرها، برجهای خنک کننده و سایر تجهیزات گردیده است.
به موازات تکامل تکنولوژی و افزایش راندمان تجهیزات تهویه مطبوع، تولید و کاربرد اسپلیت یونیت به عنوان یک وسیله گرمایش و سرمایش افزایش یافت. این موضوع منجر به تولید اسپلیت، در انواع مختلف گردیده است. نگاه مهندسی با توجیهات کامل فنی و اقتصادی به این وسیله، آغازگر یک تحول اساسی در طراحی و کاربرد سیستم های تهویه مطبوع جدید است.
نگاه این مقاله به اسپلیت یونیت، به منزله نفی سیستمهای سابق نبوده و این سیستمها جایگاه واقعی خود را در تهویه مطبوع خواهند داشت. با این تفاوت که جایگاه متداول خود را، به جایگاهی منطقی، با زیر ساخت ارزشهای مهندسی میدهند.
بررسی عملکرد اسپلیت یونیت در یک ساختمان
برای بررسی عملکرد سیستم اسپلیت یونیت، ساختمانی با مشخصات زیر انتخاب گردیده است.
کاربری : تجاری – اداری
زیربنا : ۱۱۰۸۵ متر مربع
تعداد طبقات : ۱۳ طبقه
در این پروژه از روش های متداول تامین سرمایش و گرمایش در موتورخانه مرکزی استفاده شده است. انتقال سرمایش و گرمایش به وسیله سیال (آب) و از طریق لولههای ارتباطی، به فن کویلهای سقفی و کانالی منتقل میشود. در این طرح ضمن آنکه دمای مناسب تامین گردیده، رطوبت نسبی بصورت طبیعی و با عمل گرمایش و سرمایش، در محدوده مجاز قرار دارد. همچنین جهت تامین هوای تازه و ایجاد فشار مثبت در واحدها، از هواساز استفاده شده است. این هواسازها نیز از موتور خانه مرکزی تغذیه میشوند.
تهویه مطبوع ساختمان مورد بررسی، از دستگاه ها و تجهیزات اصلی زیر تشکیل شده است:
- 2 دستگاه چیلر ابزوربشن به ظرفیت 302 تن
- 2 دستگاه برج خنک کننده با دبی 1800 G.P.M
- 2 دستگاه هواساز با هوادهی (5000-15000) C.F.M
- 800 متر مربع کانال هوادهی به ضخامت متوسط 0.8mm
- 7 عدد منبع انبساط باز به ظرفیت های (1000-2000) لیتر
- 3 دستگاه دیگ آبگرمکن فولادی به ظرفیت 1700000kcal/h
- 13 دستگاه پمپ زمینی گردش آب به قدرت های (5.5-50) kw/h
- 202 دستگاه فن کویل سقفی و کانالی به ظرفیت های (1200-1800) C.F.M
- 4200 متر لوله های ارتباطی فولادی سیاه جوشی در اندازه های (1-14) اینچ
نکته: طرح مهندسین مشاور در این بررسی با عنوان طرح I مطرح می شود.
طرح جایگزین
در طرح جایگزین، دستگاهها و تجهیزات زیر، جایگزین دستگاه های فوق شدهاند.
- 2 دستگاه دیگ چدنی قطعاتی به ظرفیت 150000kcal/h
- 2 دستگاه پکیج یونیت سرمایش _ گرمایش یکپارچه، با کندانسور هوائی به ظرفیت هوادهی معادل هواساز های طرح I
- 408 دستگاه اسپلیت یونیت سرمایش و گرمایش سقفی و دیواری به ظرفیتهای (9000-24000) و با واحد داخلی و بیرونی جداگانه
برای سرمایش و گرمایش در این طرح، از اسپیلت یونیت با واحدهای داخلی و بیرونی جداگانه استفاده شده است. پکیج یونیتهای یکپارچه، هوای تازه واحدها را با استفاده از سیستم معکوس تامین مینمایند. دیگهای چدنی نیز، جهت تامین انرژی مورد نیاز برای تولید آبگرم بهداشتی میباشد.
نکته: طرح جایگزین در ادامه مقاله تحت عنوان طرح II مطرح میگردد.
معایب طرح II
- در طرح I، عملیات پمپاژ حرارتی از طریق برجهای خنک کننده مستقر در پشت بام انجام میشود؛ و حرارت تخلیه شده از ساختمان، به محیط اطراف ساختمان کاری ندارد. عملیات پمپاژ حرارتی در محیط ساختمان در طرح II، توسط واحد بیرونی اسپیلت یونیت انجام گرفته و بدین صورت، ساختمان در معرض هوای گرم شده قرار میگیرد.
- واحد بیرونی اسپیلت یونیت در نما نمایان است. برای جلوگیری از این امر به معماری خاصی برای قرار دادن اسپلیت نیازمندیم؛ تا علاوه بر ظاهری زیبا برای ساختمان، تبادل حرارتی مناسبی نیز فراهم گردد.
- فاصله قسمت داخلی و بیرونی اسپیلت یونیت، علیرغم ادعای تولیدکنندگان مبنی بر عدم محدودیت، مشکل کاهش راندمان حرارتی را به همراه دارد.
- در سیستم انتخابی، به میزان 450 کیلوگرم گاز فریون ۲۲ استفاده میشود. این گاز در حد بسیار کمی سمی بوده و بر لایه اوزون اثر میگذارد. این گاز را میتوان با گازهای غیر مخرب نیز جایگزین نمود.
- ظرفیت کنتور اختصاصی هر واحد افزایش یافته و نیاز به حق انشعاب با ظرفیت بالاتر میباشد. البته با توجه به کاهش قابل توجه مصرف انرژی در تاسیسات مرکزی، این عیب به منزله افزایش برق مصرفی ساختمان نمیباشد.
- شبکه برق داخلی ساختمان، تحت تاثیر قرار گرفته، بنابراین کابل با قطر بالاتر و تابلوهای توزیع با ظرفیت بیشتری مورد نیاز است.
- این طرح منجر به افزایش مصرف انرژی الکتریکی سالیانه ساختمان تا حدود ۲۷ درصد میگردد.
مزایای طرح II
- کاهش آلودگی
- کاهش مصرف انرژی
- بسته بندی و حمل و نقل آسان
- دارای ظاهری زیباتر در مقایسه با فن کویلها
- کاهش هزینه نگهداری و شارژ عمومی ساختمان
- اسپلیت یونیت ها مجهز به سیستم هوشمند و کنترل از راه دور میباشند.
- مصرف سوخت فسیلی و گاز در ساختمان، با استفاده از اسپلیت یونیت کاهش مییابد.
- شدت صوت قسمت بیرونی اسپیلت یونیت ۵۵db، و برای برج خنک کننده در حدود db ۷۰ است.
- شدت صوت قسمت داخلی اسپیت یونیت حدود ۴۲db، و فن کویلهای موجود حدود db ۶۰ است.
- اسپیلت یونیت نیاز به سفارش ساخت، پرداخت پیش پرداخت و مشکلات ناشی از تاخیر در تحویل را ندارد.
- دستگاههای اسپیلت یونیت، مجهز به سیستم تصفیه هوای پلاسمائی (Dual plasma) است. بنابراین هوای خروجی از آنها، عاری از غبار و عوامل بیماری زا میباشد.
- دستگاه تهویه مطبوع هر واحد ساختمانی اختصاصی بوده و مخارج جاری و استهلاک دستگاه مستقیما منجر به افزایش هزینه آن واحد می گردد. لذا بصورت طبیعی در استفاده از آن صرفه جویی به عمل میآید.
- شبکه توزیع هوای اسپیلت یونیت ها، نه تنها بطرف پائین و بالا بلکه بطرف چپ و راست نیز قابل تنظیم است. در نتیجه هوای خروجی از آن، در دامنه وسیعتری توزیع شده و اتاق را به صورت یکنواختتر، خنک یا گرم مینماید.
بررسی اقتصادی
- بررسی و مقایسه اقتصادی سیستمهای فوق، در اواخر سال ۸۳ انجام گرفته است.
- بجای فن کویلها کانالی پوشش دهنده چند اتاق، از اسپیلتهای سقفی مستقل استفاده شده است.
- هزینههای برآورده شده مربوط به اسپیلت یونیتها بعلت تولید و توزیع انبوه و رقابت تولید کنندگان داخلی و وارد کنندگان، امکان کاهش قابل توجه وجود دارد.
- قیمتهای مندرج، متوسط قیمت بازار بوده و از فهرست مقادیر سازمان مدیریت و برنامه ریزی، مجلات مهندسی و کارخانجات تولیدی اخذ گردیده است.
- با توجه به اینکه محاسبات بار حرارتی و برودتی واحد در دسترس نبوده، از اسپیلت یونیت معادل با حداکثر ظرفیت فن کویل استفاده شده است. این اقدام تعداد اسپلیتها را نسبت به فن کویلها افزایش داده، ولی مزایای زیادی را نیز به همراه دارد.
معیار اصلی و انتخابی در مقایسهها
- هزینههای خاص: هزینههایی است که، به واسطه انتخاب یک سیستم در تاسیسات ایجاد میگردد. مانند هزینه خرید و نصب چيلر ابزوبشن در سیستم چیلر، و هزینه اسپیلت یونیت در سیستم سرمایش و گرمایش با اسپیلت.
- قیمت : قیمت متوسط دستگاهها و تجهیزات با هزینه نصب و راه اندازی می باشد.
- مصرف برق ساعتی (تابستان و زمستان) : انرژی الکتریکی است که در صورت کار کرد همزمان دستگاههای تاسیسات، در یک ساعت مصرف میشود.
- مصرف آب فصل گرما و سرما: مصرف آب تجهیزات مختلف موتورخانه مرکزی در طول دوره فصل گرما (۱۳۵ روز کاری) میباشد. این میزان در طول فصول سرما، در حدود ۱۶۰ روز کاری میباشد.
- مصرف گاز فصل گرما و سرما: مصرف گاز مشعلهای گازی دیگ آب گرم، برای تامین انرژی حرارتی مورد نیاز چیلر ابزوربشنها میباشد. در فصل سرما نیز، برای تأمین انرژی حرارتی مورد نیاز گرمایش ساختمان میباشد.
- سطح اشغال: منظور از سطح اشغال سطحی از ساختمان در موتورخانه و طبقات است، که توسط دستگاهها، تجهیزات و لولهها اشغال گشته، و فضای مفید به مشاعات تبدیل میگردد.
- وزن مواد و مصالح مصرفی: منظور وزن مواد اولیه مورد استفاده در ساخت و تجهیزات و دستگاهها میباشد. در دستگاههای مورد بحث این مواد آهن ، مس، روی، آلومینیوم، قطعات الکتریکی و مواد پلیمری میباشد.
نتیجه
با بررسی فاکتورهای فنی، اقتصادی، مصارف سالیانه برق، گاز و منابع طبیعی آهن، مس، آلومینیم و مواد پلیمری (تحت عنوان مواد و مصالح مصرفی) در گزینههای I و II، به نوعی برتری گزینه II نسبت به گزینه I مشهود میباشد. عوامل شناخته شده برتری طرح II نسبت به طرح I برای سیستم سرمایش به شرح زیر میباشد:
برتری اقتصادی:
- هزینه سرمایه گذاری اولیه (تهیه و نصب و راه اندازی)
- هزیه جاری بهره برداری (نگهداری، سرویس و تعمیر )
برتری فنی:
- مشخصات و ویژگیهای فنی
- عدم مصرف انرژی گاز و ایجاد آلودگی هوا
- کاهش مصرف انرژی الکتریکی در بخش گرمایش
- مصرف کم مواد و مصالح (مانند: آهن ، مس ، آلومینیوم، روی و غیره)
- عدم مصرف آب (با توجه به اینکه در اکثر ساختمانها، آب شبکه شهری برای تاسیسات مورد نیاز است)
پیشنهادات
کاهش چشمگیر مصرف انرژی الکتریکی در فصل گرما، کاهش قابل توجه مصرف مواد و مصالح، عدم مصرف گاز سوختی و در نتیجه عدم آلودگی هوا؛ همچنین عدم مصرف آب به عنوان یکی از منابع ارزشمند و حیاتی و عامل بحران آینده کشورها، شرایط لازم را فراهم میآورد؛ تا مشکل مصرف برق زمستانی طرح II به صورت اساسی مورد توجه طراحان قرار گرفته و از نظر عایق بندی حرارتی جداره خارجی ساختمان و شیشهها اقدامات اساسی انجام گیرد.