سرمایش تابشی برای خانه ها

اگرچه گرمایش تابشی برای ارتقای راندمان و آسایش در طرح خانه های جدید بکار گرفته می شود، اما سرمایش تابشی تقریبأ ناشناخته مانده و چندان مورد توجه واقع نشده است.سیستم سرمایش تابشی که معمولأ در تلفیق با گرمایش تابشی طراحی می شود، سیال خنک را از طریق همان شبکه لوله PEX  (پلی اتیلن مشبک)مورد استفاده برای گرمایش به چرخش در می آورد و یک کف، دیوار یا سقف خنک ایجاد می کند که می تواند انرژی گرمای محسوس را بطور یکنواخت جذب کند.این شامل انرژی تابشی حاصل از بهره خورشیدی، افراد، تجهیزات، چراغ ها و کامپیوتر ها، بعلاوه انتقال گرمای همرفتی از هوا می باشد.

قبل از کنار گذاشتن سرمایش تابشی به خاطر مشکلاتی از قبیل چگالش، در نظر داشته باشید که استفاده از شبکه لوله تابشی برای مطبوع سازی فضا در سراسر سال می تواند در دستیابی به اهداف راندمان انرژی کمک کرده و در عین حال آسایش را نیز افزایش دهد.

حداقل از دهه 1930 دریافته ایم که گرمایش و سرمایش بهینه بیشتر با آسایش طبیعی انسان سر و کار دارد تا نقاط تنظیم دمای خشک به دلیل شیوه ای که بدن ما دمای موثر فضا (ترکیبی از دمای هوا و دمای تابشی) را درک می کند؛ ما با دماهای پایین تر هوا هنگامی که سطوح گرمند(گرمایش تابشی) و با دماهای بالاتر هوا هنگامی که سطوح سردند(سرمایش تابشی)احساس آسایش می کنیم.بنابراین فضا های با سرمایش تابشی از دماهای بالا برای نقطه، تنظیم فضا یعنی 77F استفاده می کنند در حالیکه آسایش سرمایشی نیز در مقایسه با تهویه مطبوع سنتی بهبود می یابد.این بدین خاطر است که افراد به جای اینکه منتظر بمانند تا هوای متحرک گرما را بطور همرفتی از آن ها دور کند می توانند گرمای اضافی خود را بطور تابشی به سطوح سرد در یک اتاق منتقل کنند.به عبارت دیگر سرمایش تابشی متوسط دمای تابشی یک فضا را کاهش داده و اتلاف گرمای تابشی افراد را افزایش می دهد که این هنگامی که هوای خارج گرم است چیز مطلوبی است.سرمایش تابشی بارهای تهویه مطبوع، حجم هوای خنک و احتمال کوران و سر و صدای هوا را کاهش می دهد.در بیشتر موارد یک سیستم هوای اجباری با اندازه کوچک کماکان مورد نیاز است تا مقتضیات هوای تازه و رطوبت گیری را تامین کند.این سیستم های هواساز کوچک هزینه کمتری از سیستم های با اندازه کامل دارند؛ فضای کمتری اشغال می کنند و برای عملکرد بادزنهای کوچکتر از برق کمتری استفاده می کنند.

صرفه جویی های هزینه و انرژی سیستم هیبریدی تابشی هوای اجباری در مقایسه با سیستم های سنتی هوای اجباری بین 30 تا 40 درصد می باشند.البته هزینه اولیه کمی بالاتر از یک سیستم فقط هوای اجباری است.

-طراحی موفق

سرمایش تابشی برای طرح های خانه کارآمد بسیار مناسب است.به ویژه خانه هایی که به دنبال کسب تاییدیه LEED انجمن ساختمان سبز ایالات متحده هستند.چنین خانه هایی معمولأ از پمپ های گرمایی ژتو مترال منبع زمینی برای گرم و سرد کردن سیال بهره می برند که این به لحاظ مقتضیات دمایی سییتم های تابشی بسیار کارامد است.

خانه ایده ال برای سرمایش تابشی یک ساختمان درزبندی شده کیپ است که نشستی هوا را به حداقل می رساند و واجد این ویژگی هاست:پنجره های ثابت یا پنجره های باز شو با رله های تماسی؛ کف پوش با سطح سخت(نه فرش، موکت یا چوب)کفها، دیوار ها یا سقف های بتونی که لوله PEX را بتوان در آنها کار گذاشت؛یک منبع آب خنک(مانند چیلر یا پمپ گرمایی ژئوترمال)با یک سیستم هواساز با اندازه کوچک برای تأمین هوای تازه خنک و رطوبت گیری شده؛ و یک سیستم کنترل هوشمند برای یکپارچه سازی سیستم های هیدرونیک و هواساز.چندین زون کنترلی یکپارچه خواهند شد تا به بارهای موضعی در سراسر خانه واکنش نشان دهند.البته در این خصوص استثنائاتی وجود دارند؛ از قبیل نواحی بسیار خشک جنوب غربی ایالات متحده که در آن ها گرمایش و سرمایش تابشی می توانند آسایش سراسر سال را بدون یکپارچگی با اجزای HVAC و کنترلهای پیچیده فراهم سازند.سرمایش تابشی برای خانه های با تعداد زیاد پنجره بازشو و یک ترموستات واحد، مناسب نیست.ساخت سطوح تابشی شامل کار گذاشتن لوله PEX در کفها، دیوارها یا سقفهای بتونی است.برای جذب انرژی گرمایی یه داخل کفها، باید حداقل مانع در برابر انتقال حرارت به کف وجود داشته باشد.به همین خاطر سرمایش تابشی با فرش و موکت یا کف پوش چوبی توصیه نمی شود .بتون لخت، کاشی یا کفهای سنگی ایده آل هستند.همچنین بتون روکار، سازه سقفی ایده ال برای جذب انرژی گرمایی است.گرچه بعضی ساختمان ها برای سرمایش تابشی مطلوب از لوله گذاری در سقفها، برای گرمایش تابشی بهینه از لوله گذاری در کفها استفاده می کنند.امادر اکثر پروژه ها از شبکه لوله کشی PEX کارگذاشته شده در کفها هم برای سرمایش و هم برای گرمایش تابشی استفاده می شود.البته از آن جا که انتشار گرما از کف آسانتر از جذب گرما به داخل کف است، لازم است طی فرآیند طراحی تنظیماتی صورت گیرند تا شبکه لوله کشی برای هر دو وضعیت گرمایش و سرمایش بهینه شود.

سیستم های سرمایش تابشی در کفها یا سقفهای بتون ریزی شده معمولا از لوله PEX به قطر  تا    اینچ در فواصل 6 اینچی و نرخهای جریان بالاتر از سیستم های گرمایشی استفاده می کنند و دلتا T سیال معمولا 5 تا F8  است.گرچه این مستلزم لوله بیشتر و سیرکولاتورهای بزرگتر از سیستم های فقط گرمایشی است؛ اما به یک سیستم گرمایش تابشی کارآمد تر با زمان واکنش سریعتر نیز منجر خواهد شد.تحت شرایط طراحی بهینه، ظرفیت کف سرد شده تابشی می تواند به 16Btu/hr.ft² برسد، اما بیشتر ظرفیت ها در دامنه 8 تا 12Btu/hr.ft² قرار دارند.کف و دیوار های سرد در جذب بهره خورشیدی حاصل از پنجره های مجاور بسیار موثر عمل می کنند.

-کنترل چگالش

چگالش زمانی اتفاق می افتد که یک سطح سردتر از دمای نقطه شبنم هوا باشد.گرچه چگالش برای یک فن کویل جهت دفع انرژی نهان(رطوبت)از هوا مطلوب است، اما بر روی یک منیفولد تابشی یا یک اسلب تابشی چندان مطلوب نیست.اگر سیستم درست طراحی نشده باشد، پمپاژ آب سرد به سطوح تابشی می تواند یک فاجعه رطوبتی و رشد کپک را در پی داشته باشد.بنابراین ضروری است که از وقوع چگالش اجتناب نمود.سرد ترین نقطه در مسیر عبور سیال از مدار تابشی، دمای آب ورودی در هدر رفت یک منیفولد سرمایش تابشی است.بنابراین سیستم های کنترلی موثر سیال را از این نقطه پایش و کنترل می کنند.حفظ دمای آب ورودی حداقل 3F بالای نقطه شبنم فضا از وقوع چگالش بطور موثر جلوگیری می کند.

یک فضای تحت سرمایش تابشی معمولأ از دمای هوای 75F با حداکثر رطوبت نسبی 50% استفاده می کند. که این به دمای نقطه شبنم 55F منجر می شود.در هر صورت برای آسایش پاها باید از دماهای کف کمتر از 66F اجتناب نمود که این حاشیه اطمینان خوبی برای جلوگیری از وقوع چگالش است.دمای آب رفت برای به حداکثر رساندن ظرفیت سیستم معمولا 58 تا 60F است.

در یک سیستم هیبریدی تابشی/هوای اجباری، از یک سیستم کنترل هوشمند استفاده می شود تا رطوبت نسبی را پایش کند؛ سرمایش و رطوبت گیری هوا را در صورت بالا رفتن زیاد نقطه شبنم افزایش دهد؛ و دمای سیال سیستم تابشی را طوری مدوله کند که دمای لوله و سطوح، بالای نقطه شبنم فضا باقی بماند در حالی که آسایش ساکنین نیز حفظ شود.

قابلیت استفاده از شبکه لوله PEX گرمایش تابشی برای سرمایش، سوال رایج مشتریان را درباره اینکه چگونه فضا را خنک کنیم؟

پاسخ می دهد.تحت شرایط مناسب، سرمایش تابشی نه تنها آسایش عالی را فراهم می کند، بلکه می تواند مقرون به صرفه ترین گزینه باشد.

شاید مهم ترین توصیه قبل از اقدام به اجرای سرمایش تابشی در خانه ها، یافتن سازنده ای است که از دانش فنی لازم برای طراحی سیستم و کنترلهای ساختمان برخوردار باشد تا کلیه منافعی که مشتریان انتظار دارند محقق شود.

اقتباس از : Lance MacNevin

مأخذ : Radiant & Hydronics Report 2015

ترجمه : دکتر سید علی اکبر طباطبایی