سیستم سقف سرد
تحقیقات نشان میدهند که کارایی و بازدهی افراد یک اتاق بستگی مستقیم به کیفیت هوای اتاق (IAQ) و شرایط آسایش دارد. به همین دلیل این دو عامل در تهویه مطبوع ساختمانها از اهمیت زیادی برخوردارند. دمای هوا، میزان رطوبت، سرعت گردش هوا و میزان ذرات معلق هوا از عوامل مؤثر بر آسایش انسان هستند. نامناسب بودن هر یک از این عوامل به تنهایی موجبات عدم آسایش انسان را فراهم میآورد. یک سیستم تهویه مطبوع (HVAC) مناسب، باید بتواند به میزان کافی هوای تازه وارد اتاق کند (Ventilation)، آلودگیها را حذف کند، دمای مناسب ایجاد کند، از وزش هوا و گردایان دمای زیاد بر حذر باشد و علاوه بر همه اینها، مصرف انرژی پایینی داشته باشد. سیستم سقف سرد در عین مصرف کم انرژی، قابلیت تأمین شرایط مناسب آسایش را دارا است و از مطلوبیت، محبوبیت رو به افزایشی در سطح دنیا برخوردار است.
اکثریت قریب به اتفاق سیستمهای سرمایشی معمول، از روش مستقیم یعنی دمیدن هوای تهویه شده به داخل اتاق بهره میگیرند. اما در سیستم سقف سرد، روش غیرمستقیم به کار گرفته شده است. ایده اصلی در سیستم سقف سرد، ایجاد سطوحی سرد در فضای مورد نظر است.
این سطوح توسط یک سیستم عمدتاً هیدرونیک در دمای مناسبی نگه داشته میشوند. حرارت از طریق فرایندهای جابجایی آزاد و تشعشع از محیط جذب میشود. مهمترین برتری سقف سرد نسبت به سایر سیستمها، بهرهگیری از فرایند تشعشعی است که در بهبود شرایط آسایش بسیار مؤثر است.
اصول طراحی سقفهای سرد
اصول صفحات سرد مانند صفحات تابشی گرم است. انتقال حرارت بین فضا و صفحات طبق مکانیزم تفاوت حرارت اتفاق میافتد. هر چند برخلاف سیستم گرمکننده تابشی، سقف سرد انرژی گرمائی متصاعد شده از انسانها و وسائل را جذب میکند. تفاوت اصلی بین سیستم خنککردن با هوا و سقف سرد مکانیزم انتقال حرارت است. خنککنندگی با هوا تنها از اصل جابهجائی گاز استفاده میکند. در حالی که تکنولوژی سقف سرد ترکیبی از تشعشع و جابهجائی یا کنوکسیون را بهکار میگیرد. این مقدار انتقال حرارت تشعشعی تا ۵۵% مقادیر انتقال حرارت در این سیستم ترکیبی را شامل میشود. در سقفهای سرد انتقال حرارت از طریق یک انشار شبکهای امواج حرارتی الکترومغناطیسی از نقطههای گرم و اشیاء اطراف آنها به سقف سرد انجام میگیرد. از سوی دیگر کنوکسیون (همرفتی) ابتدا هوای اتاق را به علت تماس با سقف سرد که باعث به وجود آمدن جریانهای همرفتی در فضائی که گرما را از منبع آن به سقف میرساند، خنک میکند.
انواع سیستمهای سقف سرد
سیستمهای سقف سرد از لحاظ نوع سطوح سرد به چند دسته تقسیم میشوند.
- در نوعی از این سیستمها آب به عنوان سیال عامل از میان لولههای پلاستیکی تعبیه شده در سقف بتنی به گردش در میآید. این آرایش، امکان استفاده از ظرفیت گرمایی بالای بتن و انتقال پیک بار سرمایشی به ساعات غیر پیک را فراهم میآورد.
- نوعی دیگر از سیستم سقف سرد، از شبکهای از لولههای نازک (مویین) پلاستیکی تشکیل شده که میتواند در لایه گچ دیوار، کار گذاشته شود. این سیستم یک توزیع یکنواخت دما ایجاد میکند و به دلیل انعطاف پذیری لولههای پلاستیکی، بهترین انتخاب برای بازسازی سیستمهای قدیمی است.
- رایجترین نوع سقف سرد، سیستمهای پانلی است. پشت این پانلها که معمولاً از صفحات آلومینیوم ساخته شده و در سقف کاذب تعبیه میشوند، لولههای فلزی متصل شده است. نکته قابل اهمیت در ساخت این پانلها، استفاده از مادهای با ضریب هدایت حرارتی بالاست که موجب پاسخ سریع سیستم به تغییرات دمایی میشود.
- برخی انواع سقف سرد، از هوا به عنوان سیال عامل استفاده میکنند. درصدی از هوای تغذیه با عبور از داخل پانل، حرارت جذب شده توسط پانل را به خارج انتقال میدهد. مقداری از هوای تازه نیز از سوراخهای ریزی که روی پانل تعبیه شده، وارد اتاق میشود و عمل Ventilation را انجام میدهد.
- از آنجایی که پانلهای سقف سرد فقط گرمای محسوس فضا را حذف میکنند و به طور کلی قادر به تأمین هوای تازه محیط نیستند، میتوانند به طور ترکیبی با یک سیستم Ventilation نه تنها شرایط هوای مناسبی را فراهم آورد، بلکه بار نهان یا بار ناشی از رطوبت را هم حذف میکند. همچنین کنترل رطوبت فضا نیز توسط این سیستم انجام میشود. از آنجا که در سیستم ترکیبی، Ventilation فقط بار نهان را حذف میکند، حجم هوای مورد نیاز در مقایسه با سیستمهای سرمایشی معمول کمتر است.
- بهترین نتیجه با به کارگیری یک سیستم تهویه جابجایی، بدون گردش مجدد هوا فراهم میآید. این سیستم، هوای تازه را با دمای کمتر از دمای اتاق، در سطح پایینی نزدیک کف، وارد اتاق میکند. در نتیجه یک جریان جابجایی یکنواخت، از کف تا سقف به وجود میآید و از طریق دریچههای تعبیه شده در نزدیک سقف از فضا خارج میشود. دفع حرارت در سیستمهای سقف سرد از طریق جابجایی آزاد و تشعشع صورت میگیرد.
مشخصات عمومی سیستمهای سقف سرد
- سیستمهای سقف سرد Active شامل یک کویل، یک سری نازل، محفظه عبور هوا و دریچه های هوا هستند. برای عبور هوای سرد (هوای تازه) از نازلها، هوای اتاق به داخل محفظه سقف سرد کشیده میشود (سیستم القائی) و با هوای اولیه مخلوط شده و سپس از روی کویل عبور میکند. در تابستان آب خنک از داخل این کویل عبور داده میشود در نتیجه هوا خنک میشود.
- تفاوت این سیستم با سیستمهای سنتی مثل فن کویل در این است که فن ندارد و بدون صدای قابل ملاحظه کار میکند. در این سیستم نیاز به آب خیلی سرد نیست در نتیجه امکان استفاده از آب چاه یا آب برج خنک کن نیز است.
- در زمستان این سیستم میتواند گرمایش لازم ساختمان را نیز تامین کند.
مزایا و معایب سیستمهای سقف سرد
- سیستمهای سقف سرد با بهرهگیری از انتقال حرارت تشعشعی بالاتر، شرایط آسایش را فراهم میآورد. یکنواختی دمای اتاق و حرکت آرام و نامحسوس هوا، احساس رضایت بخشی برای ساکنین به همراه دارد. از آنجا که هیچ قطعه متحرکی در پانلها وجود ندارد، سیستم کاملاً بیصدا و بینیاز از تعمیرات داخل فضای مورد تهویه است.
- پراکندگی ذرات معلق و گرد و غبار، به دلیل عدم وجود کوران هوا به حداقل میرسد. سرعت پاسخ به تغییرات در سیستمهای تشعشعی بسیار بالاست.
- سیستم سرمایش سقفی در دمای کارکرد بالاتری نسبت به سیستمهای معمول (حدود ۱۶) عمل میکند. لذا چیلرها در دماهای بالاتری عمل کرده و در نتیجه با افزایش بازده و کاهش مصرف انرژی مواجه خواهیم بود.
- علاوه بر آن، با استفاده از پمپهای حرارتی با ضریب عملکرد بالا، برجهای خنک کن، سرمایش شبانه یا ترکیبی از موارد فوق، میتوان تجهیزات الکتریکی و مصرف انرژی الکتریکی را به میزان قابل ملاحظهای کاهش داد.
- همچنین با ترکیب این سیستم با سیستمهای ذخیره سازی انرژی (TES)، میتوان پیک بار را به ساعات کم مصرف انتقال داد. توانایی استفاده از سیستم سرمایش مجانی در سیستم سقف سرد نیز، نهایتاً به کاهش مصرف انرژی می انجامد.
- در سرمایش مجانی، دفع گرما توسط برج خنک کن بسته مرطوب انجام پذیرفته و از چیلر فقط در هوای خیلی گرم استفاده میشود.
- شرایط آب و هوایی گرم و خشک یا معتدل مناسبترین گزینه برای استفاده از سیسستمهای سقف سرد است. در مناطقی که میزان رطوبت هوا زیاد است، احتمال تقطیر (condensation) بر روی سطح پانلها وجود دارد، که این مسأله ظرفیت سرمایشی پانل را کاهش میدهد.
- سرمایش و انتقال آب، بسیار کم هزینهتر از هواست، چرا که انرژی مورد نیاز پمپ در حدود ۵٪ انرژی مصرفی فنها در سیستمهای هوایی است.
- در سیستمهای ترکیبی نیز به دلیل کاهش حجم هوا، هزینه سرمایش، ابعاد و کانالها و نیز انرژی مورد نیاز برای انتقال هوا کاهش مییابد.
- استفاده از سقف سرد یک مزیت بزرگ دارد و آن صرفه جویی در فضای ساختمان است. به دلیل کاهش حجم هوای تغذیه و در نتیجه کاهش سطح مقطع کانالها، فضای مفید ساختمان به میزان قابل ملاحظهای افزایش مییابد.
- کاهش ارتفاع هر طبقه به این معنی است که مصالح ساختمانی کمتری در بنای ساختمان مصرف میشود. این کاهش هزینه، برای ساختمانهای بزرگ رقم قابل توجهی خواهد بود.
- همچنین استفاده از سیستم سقف سرد، کاهش مصرف انرژی را به دنبال خواهد داشت.
- دمای کارکرد بالا، کاهش حجم هوا، قابلیت ترکیب با سیستمهای ذخیره سازی انرژی و سرمایش مجانی، این سیستم را قادر میکند که صرفه جویی قابل توجهی در مصرف انرژی داشته باشد.
- از مقایسه سیستم سقف سرد با فن کویل، برتری این سیستم بر سیستم قدیمی فن کویل آشکار میشود. با توجه به شرایط اقلیمی ایران، سیستم سقف سرد میتواند جایگزین مناسبی برای سیستمهای سرمایشی معمول باشد.