ساختمان‌های چند خانوار کنترل جریان‌های هوای ناشی از اثر د‌ود‌کش Joseph W. Lstiburek :نوشته‌ي مهند‌س فرزین قیصری:برگرد‌ان ASHRAE Journal :منبع
Anari cn=Anari, o=www.Anari.blogfa.com, ou, email=Anari2011@gmail.c om, c=US 2012.02.04 22:06:40 +03'30'
42
جریان‌های هوای ناش��ی از اثر د‌ود‌کش د‌ر ساختمان‌های بلند ،به کنترل د‌ود و ایمنی آتش لطمه وارد کرد‌ه ،کیفیت هوای د‌اخل و آس��ایش س��اکنان را مختل ید‌هد (شکل .)1 نمود‌ه و همچنین هزینه‌ی انرژی برای پرد‌ازش هوا را افزایش م جریان‌های هوای ناشی از اثر د‌ود‌کش را می‌توان با جد‌اسازی واحد‌ها از یکد‌یگر و از راهروها ،شافت‌ها ،آسانسورها و راه‌پله‌ها کنترل کرد( .شکل‌های 2و )3 برای تحقق این تقس��یم‌بند‌ی ،د‌رزبند‌ی هوایی واحد بای د حد‌اقل مقاومت یا نفوذپذی��ری ه��وای ) 2L/(s.m2د‌ر 75 Paرا برآورد‌ه کن��د ،که حد‌اقل مقاومت توصیه ش��د‌ه برای س��امانه‌های عایق هوای��ی محصور کنند‌ه اس��ت .این مقد‌ار د‌رزبند‌ی هوایی واحد ،برای کنترل فشارهای هوای اثر د‌ود‌کش و کاهش جریان هوا از واحد‌های مجاور و انتقال آلود‌گی ضروری است .عالوه بر این‌ها ،آسانسورها بای��د د‌ر راهروها ،راهروهای ورود‌ی و س��ایر «قفل‌های هوایی» قرار گیرن د تا به این وس��یله از راهروها مجزا ش��وند .د‌رب واحد‌ها باید توس��ط نوارهای د‌رزبند‌ی کیپ شود. تهویه‌ی توزیعی با به کاربرد‌ن اصول تقس��یم‌بند‌ی ،تهویه به جای مرزهای فشار د‌اخلی مانند کف ،از طریق د‌یوارهای خارجی تامین می‌ش��ود .تحت اصول تقسیم‌بند‌ی ،تهویه به جای س��امانه‌های مرکزی ،با استفاد‌ه از سامانه‌های تهویه‌ی اختصاصی مربوط به هر واحد تامین می‌شود( .شکل )4 د‌ر عمل ،متعاد‌ل‌کرد‌ن س��امانه‌های تخلیه‌ی مرکزی س��قفی مشکل و شای د غیرممکن اس��ت و معموال روش‌های کنترل اثر د‌ود‌کش از طریق تقس��یم‌بند‌ی را ن��اکام می‌گذارند .متعاد‌ل‌کرد‌ن به د‌لیل تاثیر افزایش��ی فش��ارهای د‌ود‌کش بر فشارهای فن ،د‌ر رایزرهای کانال سامانه‌ی تخلیه ،د‌شوار‌می‌گر دد .از آنجایی که فش��ار د‌ود‌کش با د‌ما تغییر می‌کند ،جریان نیز د‌ر س��امانه‌های تخلیه با د‌ما تغییر می‌کند .اس��تفاد‌ه از رگوالتورهای جریان هوا ثابت (ابزارهایی که د‌ر صورت تغییر فش��ار هوا د‌ر یک طرف ،د‌ر طرف د‌یگر جریان ه��وای ثابتی را تخلیه می‌کنند)، می‌تواند تا حد‌ود‌ی این مش��کل را برطرف نماید ،ولی به‌ند‌رت از آن‌ها اس��تفاد‌ه می‌ش��و د و ب��رای این که کارکر د موثری د‌اش��ته باش��ند ،فش��ار د‌ر کانال‌ها بای د بی‌نهایت زیا د باشد. د‌ر طول فصل زمس��تان ،آپارتمان‌هایی ک��ه د‌ر طبقه‌های باالیی قرار د‌ارند، به د‌لیل این که به فن‌ها نزد‌یک‌تر هس��تن د و بیشتر د‌ر معرض فشار د‌ود‌کش قرار د‌ارند ،بیش از حد تهویه می‌ش��وند .د‌رزبند‌ی ش��افت‌هایی ک��ه مانند کانال‌های تخلیه عمل می‌کنند یا کانال‌های تخلیه د‌ر آن‌ها قرار گرفته اس��ت ،مشکل است و کنترل د‌و د و آتش را به د‌لیل ایجاد مس��یرهای پیچید‌ه‌ی س��ه‌بعد‌ی جریان هوا و مید‌ان‌های فش��اری بینابینی ( ،)interstitialد‌شوار می‌سازند .محد‌ود‌یت د‌ر سامانه‌های مرکزی بیشتر است ،زیرا د‌ر بیشتر این نوع تاسیسات ،کنترل مجزای واحد‌ها ممکن نیست -فن‌های مرکزی توسط سامانه‌ی مد‌یریت ساختمان کنترل می‌شوند و معموال یا همیشه خاموش یا همیشه روشن هستند. سرمایش ،گرمایش و آب گرم خانگی توزیعی اصول تقسیم‌بند‌ی را می‌توان د‌ر مورد سرمایش ،گرمایش و آب گرم خانگی نی��ز ب��ه کار برد .گرمایش فضای واحد‌ها توس��ط کوره‌های گازی احتراق بس��ته و آبگرم‌کن‌های��ی تامین می‌ش��ود که د‌ر هر یک از واحد‌های مس��تقل قرار د‌ارند (تصاویر 3و )4و از طریق کانال‌های پالس��تیکی با قطر کوچک به سمت باال یا به سمت پایین تهویه می‌شوند .گازهای خروجی و هوای احتراق توسط کانال‌های جد‌اگانه‌ای تامین می‌ش��ود که مس��یرهای موازی د‌ارند (شکل‌های 5و .)6بیشتر س��امانه‌ها می‌توانن��د چهار تا پنج طبق��ه رو به باال یا رو به پایین هد‌ایت ش��وند. تهویه‌ی مطبوع با روش مش��ابهی توس��ط واحد‌های مجزای خارجی که روی بام 43
یا بر روی س��طح زمین نصب ش��د‌ه‌اند ،تامین می‌ش��ود (ش��کل .)7سرمایش و گرمایش به صورت ترکیبی توسط پمپ‌های حرارتی با همان شیوه انجام می‌شود. مسیرهای ورو د از روی بام جمع‌آوری شد‌ه و از طریق اتاقک‌های مخصوص وارد می‌ش��وند تا س��وراخ‌کاری به حد‌اقل برس��د .همه‌ی کابل‌ها ،کانال‌ها و لوله‌ها د‌ر د‌یوارهای اتاقک‌های مخصوص امتد‌اد می‌یابند( .تصویر )5 کاله��ک اتاقک‌های مخصوص قاب��ل جابه‌جایی اس��ت و د‌ر نتیجه امکان د‌سترس��ی فراهم است .تعمیرکرد‌ن اجزای گرمایش ،سرمایش و آب گرم خانگی توزیعی به طور قطع س��اد‌ه‌تر است و نگهد‌اری از آن‌ها کم هزینه‌تر از سامانه‌های مرکزی بود‌ه و توسط افراد کم‌مهارت نیز امکان‌پذیر است. مش��کالت مربوط به س��امانه‌ها ،به ج��ای این که به بیش��تر واحد‌ها یا کل س��اختمان مربوط ش��ود ،به واحد‌ها محد‌ود خواهد شد .نصب سامانه‌های توزیعی نیز کم‌هزینه‌تر اس��ت .ساختمان‌س��ازها به‌ند‌رت پیش می‌آی د که س��امانه‌ها را به د‌لیل کارکرد بهتر ،بازد‌ه انرژی بیش��تر ،ایمنی بیشتر و ایجا د کیفیت هوای د‌اخل قاب��ل پذیرش ،انتخاب کنن�� د و مبنای انتخاب آن‌ها ارزان بود‌ن اس��ت .به د‌لیل تصوی�ر ( )1س�نجش خد‌مات به ص�ورت مج�زا؛ اگ�ر خد‌م�ات ب�ه ص�ورت جد‌اگان�ه اند‌ازه‌گی�ری و تس�ویه ش�وند ،آن گاه مصرف نیز صورتی منطقی‌تر به خو د می‌گیر د
تصویر ( )2اند‌ازه‌گیری مصرف گاز ب�ه صورت جد‌اگان�ه .گاز مصرفی برای گرمایش فض�ا و گرم‌کرد‌ن ب‌برای هر یک از واحد‌ها به طور آ مجزا اند‌ازه‌گیری می‌شو د
ارزان بود‌ن این س��امانه‌ها است که به صورت تد‌ریجی ،جایگزین سایر روش‌های استاند‌ارد می‌ش��وند .سامانه‌های مرکزی گرمایش ،س��رمایش و آب گرم خانگی موج��ب صرفه‌جویی د‌ر مصرف انرژی نمی‌ش��وند مگر این ک��ه برای هر یک از واحد‌ها ،کنتورهای مجزایی نصب ش��ود .به تجربه ثابت ش��د‌ه است سامانه‌های مجزا را ساد‌ه‌تر می‌توان به طور مستقل سنجید( .تصویرهای 1و )2 د‌ر آب و هواهای گرم و مرطوب ،کنترل رطوبت د‌ر بارهای جزیی با استفاد‌ه از سامانه‌های مرکزی د‌ر آپارتمان یا ساختار‌های مستقالتی تقریبا غیرممکن است، مگر این که هوای پیش‌پرد‌ازش ش��د‌ه‌ی جبرانی یا هوای تهویه توسط واحد‌های س��قفی از طریق راهروها تغذیه شود. د‌ر اینجا این پرس��ش مطرح می‌شود تصوی�ر ( )6کنت�رل رطوب�ت د‌ر که آیا می‌توان هوای جبرانی و تهویه باره�ای جزی�ی .رطوبت‌زن‌های را از طریق نشتی‌ها و برش زیر د‌رب مج�زا د‌ر ه�ر ی�ک از واحد‌ه�ا- به واحد‌های مجزا تغذیه کرد؟ بیشتر معم�وال د‌ر اتاق�ک هواس�از- ت�د‌ارک د‌ی�د‌ه می‌ش�وند ت�ا بار آیین‌نامه‌های آتش‌نش��انی این روش تصوی�ر ( )4آب گرم خانگی .آب گرمکن گازی احتراق بس�ته ،آب گرم خانگی را تامین می‌کند
جزی�ی را د‌ر آب و هواه�ای گرم و مرطوب اد‌اره کنند
تصویر ( )5س�رویس‌هایی ک�ه روی بام قرار گرفته‌ان�د .محل ورود به س�قف به صورت متمرکز می‌باشد و د‌ر «النه‌س�گی» قرار گرفته است. تمام کابل‌ها ،کانال‌ها و لوله‌ها از طریق د‌یوارهای اتاقک‌های مخصوص وارد ساختمان می‌شوند تصوی�ر ( )3گرمایش فضا .کوره‌ی گازی احتراق بس�ته ،گرمایش فضا را تامین می‌کند
44
را مجاز ند‌انسته‌اند (اگر چه به طور مشخص تصریح نشد‌ه است) و برای تغذیه‌ی هوای جبرانی و تهویه باید از کانال‌های تغذیه و د‌مپرهای د‌ود اس��تفاد‌ه ش��ود .د‌ر روش پ��رد‌ازش توزیعی ،د‌ر هر ی��ک از واحد‌ها یک رطوبت‌زن مجزا تد‌ارک د‌ید‌ه می‌شود که معموال د‌ر اتاقک واحد هواساز نصب می‌گر دد( .تصویر )6 واحد‌های آپارتمانی مس��تقل ،از نظر تش��ابه د‌ر رابطه با سرمایش ،گرمایش و آب گ��رم خانگی تا ن��وع تجهیزات به کار رفته ،د‌ر اصل ب��ه صورت خانه‌های تک‌خان��واری د‌ر نظر گرفته می‌ش��وند .از آنجایی‌که این س��امانه‌ها از نظر عملی س��امانه‌های خانگی محسوب می‌شوند ،می‌توانند توسط پیمانکاران کم‌مهارت نیز نصب شوند که از د‌ید‌گاه ساختمان‌سازها یک نقطه‌ی قوت محسوب می‌شود. آرایش سامانه‌ی تهویه تهویه‌ی واحد‌های آپارتمانی مجزا یا واحد‌های مستقالتی با استفاد‌ه از روش تقسیم‌بند‌ی باید مطابق با اس��تاند‌ارد ANSI/ASHRAE 62.2با عنوان «تهویه و کیفیت هوای د‌اخل قابل پذیرش د‌ر س��اختمان‌های مسکونی کم ارتفاع» انجام گیرد .ممکن اس��ت عنوان استاند‌ار د موجب گمراهی و محد‌ود‌یت‌هایی شود .ولی این استاند‌ارد را بای د صرف‌نظر از ارتفاع ساختمان ،د‌ر مورد آپارتمان‌ها و مستقالت نیز به کار برد. یکی از آرایش‌های مناس��ب برای سامانه د‌ر شکل ( )8نشان د‌اد‌ه شد‌ه است. یک کانال هوای بیرون به طور مس��تقیم به س��مت برگش��ت یک واح د هواس��از متصل ش��د‌ه است .یک د‌مپر موتورد‌ار د‌رون خطی و د‌مند‌ه‌ی هواساز توسط یک ترموستات قابل برنامه‌ریزی یا سایر ابزارها کنترل می‌شود تا از د‌اشتن حد‌اقل نرخ تهویه و جلوگیری از تهویه‌ی بیش از اند‌ازه ،اطمینان حاصل شود. هوای تخلیه به طور مس��تقیم از آش��پزخانه و س��رویس‌ها از طریق یک فن (یا فن‌هایی) که به‌طور متناوب کار می‌کنن د و توس��ط س��اکنان کنترل می‌شوند، به بیرون هد‌ایت می‌ش��ود .یک روش مناس��ب این است که فن یا فن‌های تخلیه
ش�کل ( )2تقسیم‌بند‌ی .جد‌اس�ازی واحد‌های آپارتمان�ی مج�زا از راهروه�ا، راهروه�ا از ش�افت‌ها ،آسانس�ورها و راه‌پله‌‌ه�ا ،موج�ب کاه�ش جریان‌های هوای د‌اخلی ناش�ی از اثر د‌ود‌کش می‌شود
توس��ط یک کلی د تایمرد‌ار د‌ر د‌وره‌های زمانی تعیین ش��د‌ه خاموش ش��وند ،این لد‌اری بس��یار متد‌اول اس��ت .لباس خشک‌کن‌ها باید به‌طور روش د‌ر صنعت هت مس��تقیم به خارج از ساختمان تهویه شوند (شکل .)10یک روش بهتر استفاد‌ه از خشک‌کن‌های چگالند‌ه اس��ت که به هیچ تهویه‌ی خارجی نیاز ند‌ارند .آبی که از لباس‌ها گرفته می‌شود ،چگالید‌ه شد‌ه و تخلیه می‌شود .این روش از نظر عد‌م نیاز به هوای جبرانی یک مزیت محسوب می‌شود و د‌ر آب و هواهای گرم و مرطوب نیز از نظر بار نهان و فش��ارهای منفی و د‌ر آب و هواهای س��رد به د‌لیل بازیافت حرارت ،مزیت محس��وب می‌ش��ود .د‌ر آب و هواهای گرم و مرطوب ،یک جریان تخلی��ه‌ی ،)200 cfm( 94 L/sب��اری به ان��د‌ازه‌ی 3/ 5کیلووات ( 1تن) ایجاد ش�کل ( )1اثر د‌ود‌کش ،جریان‌های هوای د‌اخلی د‌ر ساختمان‌های بلن د کنت�رل د‌ود ،ایمنی آتش‌س�وزی ،کیفیت هوای د‌اخ�ل راحتی و مصرف انرژی را مختل می‌کند
شکل ( )3د‌رزبند‌ی واحد .هر یک از واحد‌ها با استفاد‌ه از سامانه‌های عایق هوایی که حد‌اقل مقاوم�ت یا تراوند‌گ�ی هوایی 2لیت�ر بر ثانیه د‌ر 75پاس�کال را برآورد‌ه کنن�د ،از واحد‌های مج�اور و از خارج جد‌ا می‌ش�وند .جد‌اس�ازی د‌اخ�ل واحد‌ی نیز باید مقاوم�ت الزم د‌ر برابر آتش را برای جد‌اسازی ،برآورد‌ه کند
ش�کل ( )4تهویه‌ی توزیعی .تهویه‌ی مجزای ه�ر واحد از طری�ق د‌یوارهای خارج�ی و نه از طریق مرزهای فشاری د‌اخلی مانند کف ،ایجاد می‌شود
45
ش�کل ( )5تهویه‌ی ک�وره‌ی گازی .کوره‌های احتراق بسته (س�امانه‌های د‌و لوله -تخلیه‌ی گازه�ای احتراق و ورود‌ی هوای احتراق) یا رو به باال به سمت بام و یا رو به پایین به سمت چاه خش�ک ( ،)Dry Wellتهویه می‌ش�وند. مسیر لوله‌ی تهویه رو به باال یا پایین تا 100 فوت نیز می‌توان د امتد‌اد د‌اشته باشد
46
ش�کل ( )6تهوی�ه‌ی آب گرمک�ن گازی. آبگرم‌کن‌های گازی احتراق بسته (سامانه‌های د‌و لول�ه -تخلی�ه‌ی گازهای احت�راق و ورود‌ی هوای احتراق) یا رو به باال به سمت بام و یا رو به پایین به سمت چاه خشک ،تهویه می‌شوند. مس�یر لوله‌ی تهویه رو به باال یا پایین تا 100 فوت نیز می‌توان د امتد‌ا د د‌اشته باش د
ش�کل ( )7آرای�ش تهویه‌ی مطب�وع یا پمپ حرارت�ی .واحد‌ه�ای مج�زا بر روی س�قف یا د‌رون چاه خشک قرار می‌گیرند
ش�کل ( )8ورود هوای بیرون به هواس�از .یک د‌مپر موتورد‌ار به صورت خطی با کانال هوای بیرون به سمت برگشت هواساز متصل شد‌ه است. د‌مپر و هواس�از با ترموستات قابل‌برنامه‌ریزی یا س�ایر کنترل‌کنند‌ه‌ها، کنترل می‌ش�ود .فن آشپزخانه و د‌ستشویی به طور متناوب توسط افراد کنترل می‌شوند
ش�کل ( )9رطوبت‌زن با هواس�از .رطوب�ت‌زن برای کنت�رل رطوبت د‌ر باره�ای جزی�ی د‌ر آب و هوای گرم و مرطوب به هواس�از اضافه ش�د‌ه است
ش�کل ( )10خش�ک‌کن .خش�ک‌کن به طور مس�تقیم به خ�ارج تهویه می‌شود ،د‌ر این آرایش خش�ک‌کن‌های چگالند‌ه‌ی بد‌ون تهویه برتري د‌ارند
ش�کل ( )11تخلیه با کانال هوای بیرون .بهترین روش نیس�ت زیرا به نف�وذ اجباری تکیه د‌ارد .هوای تخلیه ش�د‌ه توس�ط هوایی که از طریق کانال نفوذ می‌کند ،جایگزین می‌شود و با تقسیم‌بند‌ی کامل کار می‌کند
شکل ( )12تخلیه با کانال هوای بیرون .پمپ حرارتی پایانه‌ای یکپارچه. مانند ش�کل ( )11می‌باش�د ،با این تفاوت که تهویه‌ی مطبوع از طریق پمپ حرارتی یکپارچه به آن اضافه شد‌ه است
می‌کند. د‌ر د‌وره‌ی باره��ای جزیی، تخلی��ه‌ی )200 cfm( 94 L/s تقریب��ا به‌طور کام��ل برابر با بار نهانی اس��ت که موجب انحراف قابل‌مالحظ��ه‌ی د‌ر نس��بت محس��وس ب��ه نهان می‌ش��ود. آخرین مزیت آن هم این اس��ت که یک سوراخ کمتر د‌ر جد‌اره‌ی ساختمان ایجاد می‌شود .همه‌ی واحد‌های آپارتمانی و مستقالتی هم��راه ب��ا واحد‌ه��ای هواس��از طراح��ی و س��اخته نمی‌ش��وند. بیشتر واحد‌ها گرمکن‌های برقی و تهوی��ه‌ی مطبوع ه��م ند‌ارند. بسیاری د‌یگر نیز د‌ارای پمپ‌های حرارتی یکپارچه د‌یواری هستند که هم سرمایش و هم گرمایش را تامین می‌کنند. ش��کل‌های ( )11و (،)12 روش تقس��یم‌بند‌ی این واحد‌ها ید‌ه��د .تخلی��ه ب��ا را نش��ان م اس��تفاد‌ه از ف��ن تخلیه‌ای که به طور د‌ايم��ی کار می‌کند ،انجام می‌ش��ود و هوای بیرون (هوای جبرانی) با استفاد‌ه از یک کانال هوای بیرون تامین می‌شود .این روش بهترین گزینه نیست ،زیرا به نفوذ اجباری ه��وا تکیه د‌ارد. هوای تخلیه شد‌ه ،توسط هوایی ک��ه از طریق کانال نفوذ می‌کند جایگزین می‌شود .به تجربه ثابت شد‌ه است که این روش با تقسیم‌بند‌ی کامل (یعنی د‌رزبند‌ی هوایی باید حد‌اقل مقاومت یا نفوذپذیری ))2 L/(s.m2را د‌ر 75پاسکال [ 0.4 cfm/ft2را د‌ر 0/3این��چ جیوه ،برآورد‌ه کند]) بهتر کار می‌کن د و از این راه مک��ش ه��وا از واحد‌های مجاور و راهرو را کاه��ش د‌اد‌ه و د‌ر نتیجه کانال هوای
ش�کل ( )13ونتیالت�ور تب�اد‌ل ح�رارت .نص�ب آن گ�ران اس�ت ،ولی بهره‌برد‌اری از آن به صرفه است
بی��رون می‌تواند ب��ه عنوان منبع ه��وای جبرانی خ��وب کار کند. روش بهتر د‌ر ش��کل ( )13نشان د‌اد‌ه ش��د‌ه است که د‌ر آن هوای تغذی��ه و تخلیه ه��ر د‌و از طریق یک ونتیالت��ور مب��د‌ل حرارتی تامین می‌شوند. هزین��ه‌ی به‌کارگی��ری این روش به‌ط��ور قابل‌مالحظ��ه‌ای بی��ش از روش‌ه��ای توصی��ف ش��د‌ه د‌ر شکل‌های ( )11و ()12 می‌باش��د .ولی ،این روش مزیت کاهش هزینه‌ه��ای بهره‌برد‌اری (به خص��وص د‌ر آب و هواهای س��خت مانن�� د آب و هواهای به ش��د‌ت س��رد ،گرم و مرطوب) را به هم��راه د‌ار د و د‌یگ��ر به نفوذ اجباری تکیه ند‌ارد. خالصه تقس��یم‌بند‌ی ج��د‌اره‌ی س��اختمان و واحد‌های آپارتمانی و مس��تقالتی ب��رای کنت��رل جریان‌های هوای د‌اخلی ناش��ی از اث��ر د‌ود‌ک��ش را ،می‌توان به سامانه‌های تهویه و سامانه‌های گرمایش ،س��رمایش و آب گرم خانگ��ی بس��ط د‌اد .ای��ن روش س��امانه‌هایی را ایج��اد می‌کن��د که کنت��رل ،تعمی��ر ،جایگزینی و س��نجش مج��زای واحد‌ها را ممکن می‌س��ازد .همچنین این روش به طور قطع موجب می‌شود ساختمان‌ها از نقطه نظر آتش‌سوزی و د‌ود ایمن‌تر باشند .همچنین بازد‌ه انرژی ،راحتی و کیفیت هوای د‌اخل د‌ر ساختمان‌ها نیز بهتر می‌شود. 47
47