بخش دوم :
جهت کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه، بخش بعدی و قبلی را مطالعه کنید.
مقدمه
با توجه به نگرانی‌های روزافزون در مورد بحران‌های زیست‌محیطی و نیاز به بهینه‌سازی مصرف انرژی در ساختمان‌ها، بهره‌برداری از فناوری‌های نوین در زمینه‌های گرمایشی و سرمایشی امری ضروری است. یکی از این فناوری‌های پیشرفته، استفاده از چیلرهای گرما بازیافتی و کویل‌های بیش‌گرمایش است. این سیستم‌ها به‌ویژه در طراحی‌های مدرن ساختمانی به عنوان راهکارهایی مؤثر برای کاهش مصرف انرژی و بهینه‌سازی منابع مورد توجه قرار گرفته‌اند. به‌طور خاص، چیلرهای گرما بازیافتی قادرند با بازیابی حرارت از منابع داخلی و انتقال آن به سامانه‌های گرمایشی، علاوه بر کاهش نیاز به سوخت‌های فسیلی، منجر به کاهش هزینه‌های عملیاتی و ارتقای بهره‌وری انرژی شوند. در همین راستا، کویل‌های بیش‌گرمایش به‌عنوان بخش کلیدی در سامانه‌های تهویه مطبوع و گرمایشی، نقشی حیاتی در تأمین دما و راحتی ساکنان دارند. در این مقاله به بررسی اهمیت این فناوری‌ها، چالش‌ها و مزایای آنها در سامانه‌های مدرن گرمایشی خواهیم پرداخت.
کویل‌های بیش‌گرمایش و جایگاه آنها در سامانه‌های مدرن گرمایشی
کویل‌های بیش‌گرمایش (Reheat Coils) که معمولاً در کانال‌های توزیع یا جعبه‌های VAV نصب می‌شوند، از منظر طراحی انرژی‌محور، نقطه‌ای جالب برای بررسی و بازنگری هستند. طبق آخرین نسخه‌ی استاندارد ASHRAE 90.1، بهره‌برداری از طرح‌هایی که در آنها همزمان از سرمایش و گرمایش بدون استفاده از روش‌هایی برای بازیابی انرژی استفاده می‌شود، ممنوع اعلام شده است؛ این الزام مسیر جدیدی برای طراحی پایدار و بهینه در ساختمان‌ها گشوده است.
در عمل، چالش بزرگی در به‌کارگیری همزمان دیگ‌ها و چیلرها برای پاسخ‌گویی به نیازهای متغیر حرارتی و برودتی ساختمان‌ها وجود دارد. یکی از راهکارهای نوین برای کاهش این وابستگی، استفاده از چیلرهای گرما بازیافتی اختصاصی است که می‌توانند نیاز به منابع سنتی تولید حرارت و برودت را تا حد چشمگیری کاهش دهند. هرچند این روش هنوز به‌طور کامل شناخته شده یا در همه پروژه‌ها پیاده‌سازی نشده، اما پتانسیل بالایی برای انطباق با الزامات استاندارد و بهبود بهره‌وری انرژی دارد.
در بسیاری از ساختمان‌های موجود، آب گرمی که از چیلر گرما بازیافتی حاصل می‌شود، دمای کافی برای پاسخ‌گویی مستقیم به نیاز کویل‌های بیش‌گرمایش را ندارد. این دما معمولاً در بازه‌ی ۱۲۵ تا ۱۳۰ درجه فارنهایت قرار دارد که برای برخی کاربردهای نهایی، به ویژه در فصل‌های سرد، ممکن است ناکافی باشد.
اما نکته مهم اینجاست که در اغلب پروژه‌هایی که فاقد سیستم بازیافت گرما هستند، حتی منابع ساده‌ای مانند تانک‌های پیش‌گرمایش برای گرم‌کردن اولیه آب با دمای پایین (مثلاً حدود ۵۰ درجه فارنهایت) نیز در نظر گرفته نمی‌شود. استفاده از چیلرهای گرما بازیافتی با تولید آب گرم در بازه دمایی یادشده، فرصت مناسبی برای طراحی و نصب این تجهیزات فراهم می‌کند. به کمک صرفه‌جویی‌های ایجادشده، می‌توان منابع کمکی مانند مبدل‌های حرارتی و ذخیره‌سازهای آب گرم را نیز در سیستم گنجاند.
چنین سامانه‌ای نه تنها امکان تطابق با نیازهای متنوع حرارتی ساختمان را فراهم می‌آورد، بلکه هم‌راستا با اهداف کاهش مصرف سوخت‌های فسیلی و بهینه‌سازی انرژی، گامی مؤثر در جهت توسعه‌ی معماری‌های سبز و پایدار به‌شمار می‌آید.
ساختمان‌هایی با بالاترین پتانسیل استفاده از آب گرم
برخی ساختمان‌ها از نظر الگوی مصرف انرژی، نیاز چشمگیری به تأمین مستمر آب گرم دارند. این مجموعه شامل فضاهایی مانند هتل‌ها، مراکز تفریحی و ورزشی، و تأسیسات آموزشی می‌شود که همواره در چرخه‌ی بهره‌برداری فعال هستند. در دانشگاه‌ها، مکان‌هایی نظیر سالن‌های ورزشی، خوابگاه‌ها و رختشوی‌خانه‌ها از جمله مصرف‌کنندگان بزرگ انرژی گرمایی محسوب می‌شوند. همچنین دبیرستان‌هایی که مجهز به استخر شنا یا سالن‌های ژیمناستیک هستند نیز در این فهرست جای می‌گیرند.
بیمارستان‌ها، پرورشگاه‌ها و ساختمان‌هایی که خدمات بهداشتی یا اقامتی ارائه می‌دهند، به دلیل مصرف مداوم آب گرم برای شست‌وشو، استحمام و نظافت، همواره جزو اولویت‌های طراحی برای چیلرهای گرما بازیافتی هستند. همچنین مکان‌هایی با سیستم‌های کویل باز گرمایش نهایی یا فضاهای چندمنظوره که کاربردهای همزمان دارند، از این فناوری می‌توانند به بهترین نحو بهره‌مند شوند.
نقش اکونومایزرها در سیستم‌های گرما بازیافتی
در برخی موارد، ممکن است ساختمان‌هایی که به اکونومایزرهای هوا-آب مجهز هستند نیز برای ترکیب با سامانه‌های گرما بازیافتی مناسب تشخیص داده شوند، اما این موضوع کاملاً به شرایط خاص پروژه بستگی دارد. در حالت سنتی، اکونومایزرها انرژی حرارتی تولیدشده داخل ساختمان را مستقیماً به بیرون منتقل می‌کنند؛ این در حالی است که چیلرهای گرما بازیافتی اختصاصی این گرمای پراکنده را جذب کرده و به‌طور همزمان برای تولید سرمایش و گرمایش مفید آن را بازیابی می‌کنند. نکته کلیدی اینجاست: هم‌زمانی تولید سرمایش و گرمایش.
در مواقعی که چیلر گرما بازیافتی فعال است، بهتر است اکونومایزرها غیرفعال شوند تا سیستم بتواند از منابع گرمایی داخلی استفاده حداکثری کند. اگر هم نیاز سرمایش از توان چیلر فراتر رود که در بسیاری پروژه‌ها اتفاق نادری است می‌توان به صورت موقت اکونومایزر را فعال کرد. در غیر این صورت، این سیستم به تنهایی پاسخگوی بیشتر نیازهای همزمان سرمایش و گرمایش خواهد بود.
چنین برنامه‌ریزی هوشمندانه‌ای نه تنها به کاهش مصرف انرژی کمک می‌کند، بلکه باعث ارتقای بهره‌وری و کاهش اتلاف منابع در مقیاس‌های وسیع عملیاتی می‌شود. این دقیقاً همان جایی است که معماری انرژی‌محور با مهندسی عملکرد به هم می‌رسند.
عوامل کلیدی مؤثر در گرمایش آب مصرفی ساختمان‌ها
۱. تأثیر تابش خورشید بر مناسب بودن سیستم گرمایش :
ساختمان‌هایی که بخش بزرگی از نیاز گرمایی خود را از نور مستقیم خورشید تأمین می‌کنند، معمولاً برای پیاده‌سازی سیستم‌های گرمایش کمکی ایده‌آل نیستند. هرچند در روزهای ابری یا ساعات شب ممکن است به گرمایش تکمیلی نیاز پیدا کنند، اما به دلیل قرارگیری در اقلیم‌های گرم و آفتابی، مصرف اصلی آنها پایین‌تر از حد انتظار خواهد بود.
۲. محدودیت عملکرد پیش‌گرم‌کن‌ها :
گرم‌کننده‌های ثانویه یا اصطلاحاً "هیترهای آبی"، غالباً به عنوان راه‌حل‌های اقتصادی مطرح می‌شوند، اما در عمل دارای ظرفیت‌های محدودی هستند. این محدودیت‌ها عمدتاً ناشی از وابستگی این سیستم‌ها به اختلاف دمایی نسبتاً اندک است. به همین دلیل، استفاده از این تجهیزات نباید به‌عنوان رقیبی جدی برای فناوری‌های مدرن بازیافت گرما تلقی شود، بلکه بیشتر می‌توانند نقش تکمیل‌کننده داشته باشند.
۳. ویژگی منحصربه‌فرد سامانه‌های گرمایشی رختشوی‌خانه‌ها :
رختشوی‌خانه‌ها به عنوان یکی از مصرف‌کنندگان بزرگ آب داغ با دمای بالا شناخته می‌شوند، اما نکته قابل‌توجه این است که این مراکز اغلب از انرژی گرمایی ناشی از خروجی آب کثیف خود استفاده مجدد می‌کنند. به‌طور معمول، این آب خروجی دمایی در حدود ۱۵۰ درجه فارنهایت دارد، که امکان بازچرخانی گرما را فراهم می‌سازد. با این حال، سیستم بازیافتی رختشوی‌خانه به‌ندرت قابلیت استفاده در سایر بخش‌های ساختمان را دارد و معمولاً به‌صورت یک چرخه بسته باقی می‌ماند.
۴. اتلاف گرما در لوله‌کشی و نقش چیلر گرما بازیافتی :
یکی از چالش‌های همیشگی سیستم‌های آب گرم، هدررفت انرژی در مسیر توزیع است. اتلاف حرارتی از طریق طولانی بودن مسیر لوله‌کشی یا ضعف در عایق‌بندی اتفاق می‌افتد و ممکن است سهم قابل توجهی در افزایش مصرف انرژی داشته باشد. در اینجاست که چیلر گرما بازیافتی اختصاصی نقش پررنگی ایفا می‌کند؛ چراکه قادر است ضمن تأمین آب گرم مصرفی، گرمای هدررفته در فرآیند را نیز بازیابی کرده و مجدداً در چرخه مصرف وارد کند.
نتیجه‌گیری
استفاده از چیلرهای گرما بازیافتی و کویل‌های بیش‌گرمایش در سامانه‌های گرمایشی، نه‌تنها به کاهش مصرف انرژی و هزینه‌های عملیاتی کمک می‌کند، بلکه با بازیابی انرژی‌های هدررفته و استفاده از منابع گرمایی داخلی، زمینه‌ساز بهینه‌سازی سیستم‌های تهویه و گرمایش ساختمان‌ها می‌شود. طراحی و اجرای صحیح این سیستم‌ها، به ویژه در ساختمان‌هایی با نیاز به آب گرم مستمر مانند هتل‌ها، بیمارستان‌ها و رختشوی‌خانه‌ها، می‌تواند گام بزرگی در جهت کاهش وابستگی به منابع انرژی فسیلی و افزایش بهره‌وری انرژی باشد. این فناوری‌ها به‌ویژه با ترکیب با سیستم‌های اکونومایزر و بازیابی گرمای خروجی، امکان تأمین همزمان گرمایش و سرمایش را فراهم می‌آورند و از هدررفت منابع جلوگیری می‌کنند. در نهایت، با پیشرفت‌های فناوری و درک عمیق‌تری از نیازهای حرارتی ساختمان‌ها، می‌توان به معماری‌هایی سبز و پایدار دست یافت که در آن، مصرف انرژی به حداقل رسیده و بهره‌وری به حداکثر می‌رسد.