بخش دوم :
جهت کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه، بخش قبلی را مطالعه کنید.
مقدمه
سیستم‌های حرارت مرکزی همواره به عنوان یکی از کلیدی‌ترین عناصر تأمین آسایش حرارتی در ساختمان‌ها مطرح بوده‌اند. با گسترش روزافزون نیاز به بهینه‌سازی مصرف انرژی، افزایش کیفیت زندگی، و همچنین مدیریت هزینه‌های اولیه و جاری، انتخاب صحیح نوع سیستم گرمایش به یک چالش جدی برای مهندسان، طراحان و حتی بهره‌برداران ساختمان‌ها تبدیل شده است. هر سیستم، متناسب با فناوری ساخت، نوع سیال حامل انرژی، و نحوه توزیع حرارت در فضا، ویژگی‌ها و مزایا و معایب خاص خود را دارد. از این رو نمی‌توان یک روش واحد را برای تمامی پروژه‌ها پیشنهاد کرد، بلکه باید شرایطی مانند نوع کاربری ساختمان، ظرفیت حرارتی مورد نیاز، هزینه‌های سرمایه‌گذاری، محدودیت‌های فنی و حتی ملاحظات زیست‌محیطی را مدنظر قرار داد.
در میان سیستم‌های مدرن و سنتی حرارت مرکزی، گروهی از فناوری‌ها همچون گرمایش با هوای گرم، سیستم‌های DX (انبساط مستقیم) و دستگاه‌های یکپارچه‌ای نظیر اکونوپک، سهم قابل توجهی از بازار را به خود اختصاص داده‌اند. هر یک از این روش‌ها توانسته‌اند با تمرکز بر رفع مشکلات موجود در شیوه‌های قدیمی‌تر یا ارائه راهکارهای اقتصادی و کارآمدتر، جایگاه خاصی در پروژه‌های مختلف پیدا کنند. بررسی دقیق ویژگی‌ها و مقایسه کاربردی این سیستم‌ها کمک می‌کند تا تصویر روشنی از نقاط قوت و ضعف آنها به دست آید و مسیر انتخاب بهینه برای طراحان و کارفرمایان هموارتر گردد.
ویژگی‌ها و مقایسه انواع سیستم‌های حرارت مرکزی
سیستم‌های گرمایش مرکزی یکی از پرکاربردترین روش‌ها برای تأمین حرارت در ساختمان‌های متوسط و بزرگ محسوب می‌شوند. در این سیستم‌ها، حرارت در بخشی جدا از واحدهای مسکونی یا اداری، مانند موتورخانه یا گاهی دستگاه‌هایی که روی پشت‌بام نصب شده‌اند، تولید می‌شود و سپس از طریق لوله‌کشی یا کانال‌های هوا به داخل ساختمان منتقل می‌گردد. این روش نه‌تنها راندمان حرارتی را افزایش می‌دهد، بلکه نگهداری و تعمیرات را نیز ساده‌تر می‌کند.
به طور کلی، سیستم‌های حرارت مرکزی را می‌توان به شش گروه اصلی تقسیم کرد که هرکدام ویژگی‌ها، کاربردها، مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارند. در مقاله قبلی، سه گروه اول مورد توجه قرار گرفته و در این مقاله سه گروه دیگر معرفی خواهند شد.
هر سیستم به‌صورت جزئی معرفی می‌شود و سپس ویژگی‌ها، مزایا، محدودیت‌ها و شرایط کاربردی آن با سایر سیستم‌ها مقایسه می‌گردد تا روشن شود کدام نوع سیستم برای چه نوع ساختمان و نیاز گرمایشی مناسب‌تر است. این روش بررسی به طراحان و مهندسان کمک می‌کند تا با درک کامل از عملکرد هر سیستم، انتخابی بهینه و متناسب با شرایط پروژه داشته باشند.
1 . حرارت مرکزی با هوای گرم
سیستم گرمایش مرکزی با هوای گرم از جمله روش‌هایی است که در آن هوا به‌عنوان سیال حامل انرژی حرارتی عمل می‌کند. در این شیوه، هوای محیط به‌طور مستقیم در دستگاهی تحت عنوان کوره هوای گرم که در موتورخانه نصب شده است، گرم شده و سپس از طریق شبکه‌ای از کانال‌ها به فضاهای مختلف ساختمان منتقل می‌شود. با این حال، به دلیل اتلاف انرژی حرارتی در مسیر انتقال هوا از موتورخانه تا نقاط مصرف، کارایی این سیستم نسبت به سایر روش‌های مدرن کمتر است. در گذشته، طراحان سیستم‌های تهویه و گرمایش مرکزی اغلب از این روش استفاده می‌کردند، اما امروزه کاربرد آن محدود به فضاهایی خاص مانند گلخانه‌ها و سالن‌های صنعتی کوچک شده و در ساختمان‌های مسکونی و تجاری، استفاده از سیستم‌های مدرن‌تر مانند آب گرم، آب داغ یا بخار، جایگزین آن شده است.
اگر بخواهیم نکته‌ای تکمیلی اضافه کنیم، می‌توان گفت که یکی از دلایل کاهش محبوبیت این سیستم، مشکلات کنترل دما و یکنواختی گرمایش در فضاهای بزرگ است، زیرا هوا به سرعت سرد می‌شود و توزیع یکنواخت آن در همه نقاط ساختمان دشوار است.
مزایا و کاربردهای سیستم گرمایش مرکزی با هوای گرم
از جمله مزایای سیستم گرمایش مرکزی با هوای گرم نسبت به سایر انواع سیستم‌های حرارت مرکزی مانند آب گرم، آب داغ و بخار آب، می‌توان به دو نکته اصلی اشاره کرد. اول اینکه هزینه نصب و نگهداری این سیستم نسبتاً پایین است و اجرای آن نیازمند تجهیزات پیچیده یا لوله‌کشی گسترده نیست. دوم، این سیستم قادر است فضاهای مورد نظر را با سرعت نسبتاً بالا گرم کند، زیرا هوا به‌طور مستقیم و سریع از کوره هوای گرم به ساختمان منتقل می‌شود و انرژی حرارتی به سرعت در فضا توزیع می‌شود. این ویژگی‌ها باعث شده تا در موارد خاصی مانند گلخانه‌ها و سالن‌های صنعتی کوچک همچنان کاربرد داشته باشد، هرچند در ساختمان‌های مسکونی و تجاری مدرن جایگزین سیستم‌های کارآمدتر شده است.
معایب سیستم گرمایش مرکزی با هوای گرم
اگرچه این روش در گذشته محبوبیت داشت، اما در مقایسه با سیستم‌های گرمایش مرکزی مبتنی بر آب، نقاط ضعف قابل‌توجهی دارد. نخست آنکه راندمان انرژی در این سیستم پایین‌تر است و مصرف سوخت بهینه‌ای ارائه نمی‌دهد. دومین مشکل، ایجاد صدا در هنگام حرکت هوا در کانال‌هاست که می‌تواند برای ساکنان آزاردهنده باشد. علاوه بر این، وجود شبکه گسترده کانال‌کشی نه تنها بخشی از فضای مفید ساختمان را اشغال می‌کند بلکه هزینه‌های مربوط به طراحی و نگهداری آن را نیز افزایش می‌دهد. به همین دلیل، امروزه این روش کمتر برای ساختمان‌های مسکونی و اداری انتخاب می‌شود.
کوره هوای گرم و نحوه عملکرد آن
کوره هوای گرم در واقع تجهیزی است که در موتورخانه نصب می‌شود و به جای آنکه همانند سیستم‌های رایج، آب را در دیگ گرم کرده و سپس به وسیله پمپ به رادیاتورها یا فن‌کویل‌ها منتقل کند، مستقیماً هوا را در داخل یک محفظه گرم می‌نماید. این هوای داغ سپس از طریق شبکه کانال‌کشی به بخش‌های مختلف ساختمان ارسال می‌شود و وظیفه تأمین حرارت را بر عهده می‌گیرد. با وجود سادگی و سرعت عملکرد، اصلی‌ترین ضعف این سیستم مربوط به اتلاف حرارتی بالاست؛ زیرا در طول مسیر حرکت هوا در کانال‌ها بخشی از انرژی حرارتی هدر می‌رود و همین موضوع باعث کاهش راندمان کلی و افزایش مصرف انرژی نسبت به دیگر روش‌های گرمایش مرکزی می‌شود.
2. سیستم‌های حرارت مرکزی DX و نحوه عملکرد آنها
یکی از مدرن‌ترین انواع سیستم‌های گرمایش و سرمایش مرکزی، سیستم‌های DX یا انبساط مستقیم هستند که نسبت به روش‌های سنتی موتورخانه‌ای تفاوت چشمگیری دارند. اساس کار این سیستم‌ها بر پایه سیکل تبرید تراکمی است و از مبردهایی مانند R-22 یا R-134A استفاده می‌کنند. نکته مهم اینجاست که این فناوری امکان تأمین هم‌زمان سرمایش و گرمایش را در یک مجموعه واحد فراهم کرده و عملاً نیاز به تجهیزات حجیم موتورخانه را از میان می‌برد.
در این سیستم‌ها معمولاً یک یونیت خارجی (Outdoor Unit) در فضای بیرونی ساختمان مثلاً بر روی پشت‌بام نصب می‌شود. این یونیت از طریق لوله‌کشی مخصوص مبرد، انرژی حرارتی یا برودتی را به چندین یونیت داخلی که همان فن‌کویل‌ها یا هواسازهای کوچک هستند، منتقل می‌کند. عملکرد سیستم به این صورت است که در حالت سرمایش، مبرد گرمای موجود در فضای داخلی را جذب کرده و آن را به یونیت بیرونی انتقال می‌دهد تا به محیط آزاد دفع گردد. در حالت گرمایش نیز همین سیکل برعکس عمل کرده و مبرد وظیفه انتقال انرژی حرارتی از بیرون به داخل را بر عهده دارد.
از رایج‌ترین نمونه‌های سیستم‌های DX می‌توان به داکت اسپلیت‌ها، سیستم‌های تهویه مطبوع VRF و سامانه‌های GHP اشاره کرد که بسته به ظرفیت و نوع کاربری ساختمان انتخاب می‌شوند. این سیستم‌ها به دلیل انعطاف‌پذیری بالا، حذف نیاز به دیگ و موتورخانه، و امکان کنترل مستقل دما در هر واحد داخلی، به گزینه‌ای محبوب در پروژه‌های مسکونی و تجاری مدرن تبدیل شده‌اند.
3. دستگاه اکونوپک و نحوه عملکرد آن
اکونوپک یک سیستم ترکیبی سرمایشی و گرمایشی است که تمامی تجهیزات اصلی تولید و توزیع حرارت و برودت را در قالب یک دستگاه یکپارچه ارائه می‌دهد. در این سامانه، اجزای مربوط به تأمین گرما شامل مشعل گازسوز، کوره و مبدل‌های حرارتی در کنار تجهیزات ایجاد هوای سرد در یک مجموعه فشرده نصب شده‌اند. به همین دلیل اکونوپک را می‌توان یک راه‌حل اقتصادی و کم‌هزینه برای تأمین نیازهای تهویه مطبوع در مقیاس‌های متوسط و بزرگ دانست.
بخش سرمایش اکونوپک شباهت زیادی به دستگاه‌های ایرواشر و زنت (Zent) دارد. در این قسمت، سیستم بر پایه روش تبخیری کار می‌کند؛ به این معنا که آب توسط افشانک‌ها در مسیر جریان هوا پاشیده شده و تبخیر آن سبب کاهش دمای هوا می‌شود. این فرآیند تا حد زیادی همان روشی است که در کولرهای آبی سنتی مشاهده می‌کنیم. اما بخش گرمایشی دستگاه تفاوت قابل‌توجهی با ایرواشر و زنت دارد. در این بخش، با استفاده از مشعل گازسوز و کوره داخلی، هوا به‌طور مستقیم گرم شده و سپس از طریق کانال‌ها به داخل محیط ساختمان یا سوله منتقل می‌گردد.
نام این دستگاه نیز ترکیبی از دو واژه اکونو (Economy) به معنای اقتصادی و پک (Pack) به مفهوم یک مجموعه فشرده و یکپارچه است. همین نامگذاری نشان می‌دهد که فلسفه ساخت این دستگاه بر پایه کاهش هزینه‌های اولیه و هزینه‌های جاری نسبت به سیستم‌های سرمایش و گرمایش مرکزی متداول بوده است. به عبارت دیگر، استفاده از اکونوپک علاوه بر صرفه‌جویی در فضای موردنیاز برای نصب تجهیزات، امکان کاهش قابل‌توجهی در هزینه‌های سرمایه‌گذاری و بهره‌برداری فراهم می‌آورد.
نتیجه‌گیری
با نگاهی جامع به انواع سیستم‌های حرارت مرکزی می‌توان دریافت که هیچ رویکردی به صورت مطلق بر دیگری برتری ندارد، بلکه هر سیستم متناسب با شرایط و الزامات پروژه می‌تواند بهترین انتخاب باشد. سیستم گرمایش با هوای گرم به دلیل هزینه پایین نصب و سادگی تجهیزات، هنوز هم در برخی کاربری‌های خاص مانند گلخانه‌ها یا سالن‌های صنعتی کوچک مورد استفاده قرار می‌گیرد، هرچند کارایی پایین‌تر و اتلاف انرژی آن باعث شده در پروژه‌های مدرن کمتر مورد توجه باشد. در مقابل، سیستم‌های DX با بهره‌گیری از فناوری تبرید و امکان تأمین هم‌زمان سرمایش و گرمایش، جایگزینی هوشمندانه برای موتورخانه‌های سنتی محسوب می‌شوند و به دلیل انعطاف‌پذیری بالا و کنترل مستقل دما در هر واحد، در پروژه‌های مسکونی و تجاری جدید بسیار محبوب‌اند. همچنین دستگاه اکونوپک، با ترکیب عملکرد سرمایشی و گرمایشی در یک مجموعه یکپارچه، راهکاری اقتصادی برای کاهش هزینه‌های اولیه و جاری ارائه می‌دهد و انتخابی مناسب برای ساختمان‌های متوسط و بزرگ است که به دنبال صرفه‌جویی در فضا و سرمایه‌گذاری هستند.
به طور کلی، آینده سیستم‌های حرارت مرکزی در گرو تلفیق راندمان بالا، صرفه‌جویی در مصرف انرژی، سهولت نگهداری و سازگاری با نیازهای متنوع پروژه‌ها خواهد بود. شناخت دقیق ویژگی‌ها و مقایسه علمی سیستم‌های مختلف، نخستین گام برای انتخابی اصولی و پایدار است؛ انتخابی که نه تنها آسایش حرارتی ساکنان را تضمین می‌کند، بلکه به مدیریت بهینه انرژی و کاهش هزینه‌ها در بلندمدت نیز کمک شایانی خواهد کرد.