سرمایش تابشی

اکثر متخصصین گرمایش با مبانی سیستم های گرمایشی تابشی کفی و نحوه کارکرد آن ها آشنا هستند.این سیسستم ها به عنوان یک گزینه تأیید شده برای HVAC توسط بسیاری از مهندسین و پیمانکاران پیشنهاد می شوند زیرا ثابت کرده اند که گرمایش آسایش بخش، کارآمد، سالم و بی سر و صدایی را برای مشتریان فراهممی کنند.اما اگر از همین مهندسین و پیمانکاران درباره سیستم های سرمایش تابشی  سوال کنید احتمالأ پاسخ چندان واضحی دریافت نخواهید کرد که این حاکی از عدم شناخت یا ترس آن ها از کاربرد این سیستم هاست.

سیستم های سرمایش تابشی بسیاری از همان منافع گرمایش تابشی را ارائه می دهند؛ آسایش بخش، کار آمد و بی سرو صدا هستند.سیستم های سرمایش تابشی مدت زیادی است که در اروپا بطور گسترده مورد استفاده قرار  گرفته اند و اخیرأ نیز در آمریکای شمالی به ویژه در مناطق خشک جنوب غربی ایالات متحده از محبوبیت بیشتری برخوردار شده اند.بنابر اضهار Jerry Leyte مدیر فروش کانادای مرکزی شرکت معروف Uponor در حال حاضر تعداد قابل توجهی از سیستم های سرمایش تابشی در کانادا نصب شده اند.به گفته وی، سیستم های سرمایش تابشی نصب شده در فرودگاه های Calgary و Winnipeg همچنین مدرسه Toronto District و ساختمان اداری Manitoba Hydro Place از کارایی فوق العاده خوبی برخوردارند.Leyte می افزاید اکثر کاربرد های تجاری از قبیل فرودگاه ها، ادارات، مدارس، و فضاهای عمومی بزرگ مانند موزه ها تشکیل می دهند. کاربردهای مسکونی چندان رایج نیستند؛ اما اگر با دقت زیاد کنترل شوند، در این کاربردها نیز قابل استفاده اند.

سرمایش تابشی از همان مبانی گرمایش تابشی تبعیت می کند؛ اما به طور معکوس.انرژی حرارتی توسط انتقال گرمای تابشی بین بارهای گرمای حاضر در فضا و کف یا سقف سرد مبادله می شود.انرژی از اشیا افراد، تجهیزات و چراغها به سطح سرد تابیده می شود و این برخلاف چیزی است که در وضعیت گرمایش اتفاق می افتد که در آن پانل گرم، گرما را به اشیا و افراد می تاباند.این امکان وجود دارد که پانل های تابشی هم گرمایش و هم سرمایش را فراهم کنند که بدین ترتیب آسایش و راندمان بهینه در تمام طول تابستان تأمین می شود.

¢انواع سیستم سرمایش تابشی

دو نوع گسترده سیستم های سرمایش تابشی وجود دارند که عبارتند از : اسلبهای سرد و پانل های تابشی.اسلبهای سرد منافع یکپارچگی با ساختمان، کاهش هزینه نصب و افزایش جرم حرارتی را ارائه می دهند.این جرم حرارتی بزرگ که اغلب تحت عنوان سیستم ساختمان فعال شده حرارتی (TABS) شناخته می شود، به ویژه برای کاربردهایی مفید است که جرم را بتوان طی اوقات خارج پیک نرخ های برق شارژ نمود.اسلبهای تابشی را می توان طوری آرایش داد که از هر دو طرف در معرض باشند و در اوقات مختلف سال گرمایش تابشی را برای فضای زیر خود تأمین کنند.

اسلبهای سرمایش تابشی از طرح و مبانی اندازه گیریی مشابه یک سیستم کف تابشی هیدرونیک بهره برده و از همان نوع لوله های PEX منیفولد ها و پمپ های مورد استفاده در گرمایش استفاده در گرمایش استفاده می کنند.آب سرد با دمای بین 55 تا F58 در لوله های کار گذاشته شده در کف یا سقف به چرخش در می آید.اسلبهای سرمایش تابشی به فاصله گذاری نزدیک لوله یعنی 6 تا 9 اینچ نیاز دارند که کمی کوچکتر از 9 تا 12 اینچ مورد نیاز برای گرمایش تابشی است.سرمایش تابشی می تواند از طریق پانلهای خاص نیز تحویل داده شود که معمولا به سقف ها متصل می گردند، اما می توان آن ها را به دیوار ها نیز متصل نمود.پانلها انعطاف پذیری نصب را از نظر محل استقرار و یکپارچگی با سقف های کاذب، چراغ ها و سایر سیستم های الکتریکی ارائه می دهند.جرم حرارتی کمتر پانلها به آنها اجازه می دهد تا خیلی سریع به تغییر بارها واکنش نشان دهند.پانلهای سرمایش تابشی طوری طراحی می شوند که بتوانند در سقفهای ساختمان های قدیمی جای گیرند چرا که فضای پلنوم سقفی به خاطر وجود فن کویل ها یا سیستم های VAV بسیار کم است.

سرمایش تابشی از یک اسلب می تواند از طریق کف یا سقف به یک فضا تحویل داده شود.از آنجا که سیستم های گرمایش تابشی در کف قرار می گیرند، گزینه بدیهی استفاده از همان لوله کشی کف برای چرخش اب سرد است.گرچه این در بعضی موارد منطقی به نظر می رسد؛ اما تحویل سرمایش از سقف دارای چندین مزیت است.قرار دادن یک سقف در معرض اتاق زیرین آسانتر است و این یک سطح تابشی بهتری را برای ساکنین و اشیا ایجاد می کند.از آنجا که کف ها غالبأ دارای پوشش ها و اثاثیه هستند؛ اثر بخشی سرمایش تابشی از طریق کف می تواند کاهش پیدا کند.سقف هم چنین در تماس با هوای گرم بالا رونده قرار می گیرد که این تبادل گرمای همرفتی بزرگتر و اثر سرمایشی بهتری ایجاد می کند.سرمایش تحویلی از طریق کف در مواقعی منطقی تر است که مقدار بالایی از بهره خورشیدی مستقیم به کف وجود داشته باشد زیرا کف سرد می تواند راحت تر از سقف این بار ها را دفع کند.

¢چالش های سرمایش تابشی

یکی از معمول ترین سوالاتی که درباره سرمایش تابشی پرسیده می شود این است که چگونه می توان رطوبت هوا و پتانسیل تقطیر بر روی اسلب را مدیریت نمود؟این احتمالأ به تردید و نگرانی مهندسینی منجر می شود که به آسیب آب، رشد کپک و مسائل ایمنی اهمیت می دهند، گرچه این یک چالش بسیار مهم است، اما با طراحی و کنترل های مناسب براحتی می توان بر آن فائق آمد.سیستم سرمایش تابشی با دفع گرمای نهان سر و کار ندارد؛ بنابراین باید توسط تلفیق یک سیستم هواساز مجزا نسبت به دفع بار رطوبت موجود در فضا اقدام نمود.سیستم هواساز معمولا برای تأمین تهویه و کنترل کیفیت هوا نیز مورد نیاز خواهد بود .

کنترل دقیق سطح رطوبت باید کلیه اوقات در یک سیستم سرمایش تابشی صورت گیرد تا تضمین شود که نقطه شبنم هوا به پایین تر از دمای سطح اسلب یا پانل نمی رسد.

کنترل ها غالبد شامل چند حسگرکار گذاشته شده در اسلب و حسگرهای رطوبت هوا در فضا می باشند.با پایش و کنترل مداوم سطوح رطوبت فضا و دماهای اسلب می توان از مشکلات تقطیر به طور کامل اجتناب نمود.معیار های مهم طراحی که باید رعایت شوند عبارتند از : دمای سطح کف کمتر از F66 نباشد و دمای نقطه تنظیم اتاق در دامنه 76 تا F78 باشد.

ظرفیت سرمایشی سیستم های سرمایش تابشی به 12-15Btu/hr/ft² محدود می شود. سیستم هواساز باید بالانس بار سرمایشی را در دست بگیرد.زمانی که سرمایش تابشی در نواحی با بهره خورشیدی در تماس مستقیم با کف مورد استفاده قرار می گیرد، ظرفیت سرمایشی به طور چشم گیری تا 25-32Btu/hr/ft² افزایش می یابد.این امر، سرمایش تابشی کفی را در ساختمان های با نما های شیشه ای بزرگ بسیار کارآمد می سازد.

به دلیل اینکه سرمایش تابشی بار محسوس را در دست می گیرد، اندازه سیستم هواساز در مقایسه با یک سیستم سرمایش سنتی به طور قابل توجهی کاهش پیدا می کند.بادزنها، کانال های و سیستم های توزیع کوچکتر به صرفه جویی های نصب و هم چنین کاهش هزینه های عملاتی منجر می گردند. پلنومهای کوچکتر نیز گاهی اوقات می توانند باعث کاهش ارتفاع ساختمان شوند که این برای معماران خوشایند است.

¢مزایای سرمایش تابشی

یکی از بهترین مزایایی که سیستم های سرمایش تابشی ارائه می دهند پتانسیل کاهش مصرف انرژی در مقایسه با سیستم های سرمایش سنتی است.تحقیقات انجام شده توسط آزمایشگاه ملی لارنس برکلی در کالیفرنیا، پتانسیل صرفه جویی انرژی قابل توجهی را برای سرمایش تابشی اثبات کرده است که مقدار آن به منطقه آب و هوایی بستگی دارد. این تحقیقات نشان داده اند که به طور متوسط در سراسر ایالات متحده، صرفه جویی ها حدودأ 30 درصد در مقایسه با سیستم های سنتی می باشند.مناطق سرد و مرطوب ممکن است دارای صرفه جویی های 17 درصدی باشند در حالی که مناطق گرم و خشک صرفه جویی های 42 درصدی خواهند داشت.

چندین دلیل برای کاهش مصرف انرژی وجود دارند که اکثرأ به منافع کلی سیستم های هیدرونیک و هم چنین ماهیت منحصر به فرد انتقال گرمای تابشی مربوط می شوند.پمپاژ آب کار بسیار آسان تری است تا راندن هوا؛ برای جا به جایی مقدار Btu یکسان، مصرف برق یک پمپ بسیار کمتر از یک بادزن است.هم چنین اجزای هواساز در یک سیستم سرمایش تابشی بسیار کوچکتر از سیستم های سرمایش سنتی می باشند که این به مصرف انرژی الکتریکی کمتری منجر می شود.

سطح سرد بزرگ یک سیستم سرمایش تابشی، یک سینک گرما برای کشیدن گرما از بدن افراد فراهم میکند.با توجه به اینکه بخش عمده گرما بصورت تابشی (تشعشعی) از بدن دفع می شود، مقدار گرمایی که باید توسط همرفت جابجا شود کاهش می یابد.این به افراد اجازه می دهد تا در نقطه تنظیم دمای هوای بالاتر احساس آسایش کنند.این امر به صرفه جویی انرژی و هم چنین آسایش کلی بهتری منجر می شود.امکان دیگر برای صرفه جویی انرژی در سیستم های با جرم بالا وجود دارد که در آن ها سرمایش تابشی می تواند  مقداری از سرمایش را به ساعات شبانه خارج پیک که قیمت برق ارزانتر است منتقل کند.یک سیستم گرمایش و سرمایش تابشی معمولأ از یک دیگ چگالشی برای وضعیت گرمایش و یک چیلر برای وضعیت سرمایش استفاده می کند.یک پمپ گرمایی ژئوترمال آب به اب با یک شیر معکوس ککننده یک هم افزایی طبیعی با گرمایش و سرمایش تابشی ارائه می دهد.زیرا این وسیله می تواند آب گرم در زمستان و آب سرد در تابستان را فراهم کند.سیستم های ژئوترمال هنگام تأمین دماهای پایین آب گرم و دماهای معتدل آب سرد با بیشترین راندمان کار می کنند.این دقیقأ دامنه عملکردی است که در یک سیستم گرمایش و سرمایش تابشی با جرم بالا مورد نیاز خواهدبود، در نتیجه سیستمژئوترمال تقریبأ در تمامی طول سال نزدیک به حداکثر COP خود کار خواهد کرد.

آسایش ساکنین یکی دیگر از منافع مهم سیستم های سرمایش تابشی است.سطح سرد بزرگ یک سینک گرما برای بیرون کشیدن گرما از بدن افراد با یک اثر خنک کنندگی ملایم فراهم می کند که این یک محیط داخل پایدار و بسیار آسایش بخش ایجاد خواهد کرد.حجم هوای اجباری در مقایسه با سیستم های سرمایش هوای سنتی به میزان زیادی کاهش پیدا می کند.این امر پتانسیل کوران های سرد و هم چنین جابجایی گرد و خاک و سایر آلرژنها را کاهش می دهد.سیستم های سرمایش تابشی بسیار آرام و بی سر و صدا کار می کنند و مقدار نویز ناشی از بادزن ها و دمنده ها را به طور قابل توجهی کاهش می دهند.

آیا می توان از سرمایش تابشی برای منازل مسکونی استفاده کرد؟

بنابر اضهار Leyte این امکان پذیر است اما قطعأ چالش های بیشتر و سطح خطر بالاتری وجود خواهد داشت.با توجه به احتمال باز ماندن درب ها و پنجره ها، کنترل رطوبت می تواند بسیار دشوار شود.

یک محدودیت دیگر برای منازل مسکونی این است که استفاده از فرش و موکت برای سرمایش تابشی توصیه نمی شود.به همین دلایل، بازار بسیار محدودی در کانادا برای سیستم های مسکونی وجود دارد.اما در مناطقی از قبیل جنوب غربی ایالات متحده با آب و هوای گرم و خشک بزرگترین مزیت برای سرمایش تابشی فراهم می شود چرا که در این مناطق بخش عمده سرمایش برای دفع گرمای محسوس است، نه نهان. در این مناطق سرمایش تابشی در کاربرد های مسکونی می تواند بسیار موثر عمل کند.بنابراین، در حالی که بازار برای سرمایش تابشی مسکونی در کانادا ممکن است چندان توسعه نیابد، اما بازار کاربد های تجاری آینده درخشانی را نوید می دهد.با توجه به تأکید مقررات ساختمانی بر کاهش مصرف انرژی در ساختمانها و گرایش فزاینده به سمت فناوری های نوین ساختمان سبز؛ رشد مقبولیت سیستم های گرمایش و سرمایش تابشی برای بسیاری از ساختمان ها قطعأ تداوم خواهد یافت.با توجه به منافعی از قبیل راندمان بالا، سطوح بالای آسایش، عملکرد سالم و بی سر و صدا و یکپارچگی ساختمانی؛ گرایش فراوانی به استفاده از سیستم های گرمایش و سرمایش تابشی وجود دارد.

 

 

از : Robert Waters

مأخذ : HPAC, May 2017

ترجمه : دکتر سید علی اکبر طباطبایی