باید اذعان داشت نگاه اقتصادی به تولید نکته تعیین کننده است که نمی توان بسادگی از آن گذشت و آن را نادیده گرفت . قیمت تمام شده یک ساختمان فارغ از نوع کاربری آن برای سازنده و مصرف کننده نقش اصلی را بازی نموده و در انتخاب مصالح و اجزاء( از نگاه سازنده ) و انتخاب ساختمان ( از نگاه مصرف کننده) بسیار تاثیر گذار است بنابراین انتخاب شیوه های اجرائی حیرت آور و سامانه های کم حجم و پر بازده مدّ نظر مهندسین تاسیسات قرار گرفته است .
یک مهندس با تجربه تاسیسات همواره به این نکته توجّه دارد که هدف از ایجاد تاسیسات در یک ساختمان، تامین رفاه و آسایش ساکنین با شیوه های نو و تجهیزاتی به روز است یک نکته از صدها نکته حائز اهمیت و شایسته توجه در این مرحله گزینش آن چیزی است که مصرف انرژی را در تولید گرمایش و سرمایش یک ساختمان کاهش دهد .
پنل های حرارتی و سیستم گرمایش کفی
شاید واژه پنل های حرارتی از گرمایش کفی آشناتر به نظر برسد . به طور خلاسه در پنل های حرارتی غالب انتقال حرارت از طریق تابش به محیط صورت میگیرد . پنل های حرارتی در سقف ، کف و یا در دیوارهای ساختمان نصب میگردند و بالای 50درصد حرارت به صورت تابشی از آنها به هوای داخل ساختمان انتقال می یابد . چنانچه پنل های حرارتی در کف ساختمان نصب شوند ، اصطلاحاً سیستم گرمایش کفی نامیده میشود .
جایگاه سیستم گرمایش کفی در جهان
بر خلاف آنچه ممکن است تصور شود ، بزرگترین بازار گرمایش کفی جهان متعلق به کشور کره است . دلیل اصلی این امر روش گرمایش سنتی کرهای ها است . این روش موسوم به ONDOL به معنای سنگ گرم، از 500 سال قبل از میلاد در این کشور استفاده می شد و در آن حرارت تولید شده به سنگ های کف اتاق ها منتقل و حرارت سنگ ها فضای اتاق را گرم می کرد .
تعریف سیستم گرمایش کفی
سیستم گرمایش کفی با چرخش آب گرم از میان شبکه ای از لوله هایی که در کف نصب گردیده اند ، به آرامی حرارت را در تمامی سطح توزیع می کند . در سیستم گرمایش کفی شبکه لوله تمام کف را پوشش می دهد و بدین ترتیب توزیع حرارت به صورت یکنواخت می باشد . در سیستم گرمایش کفی آب با دمای متوسط 40 الی 45 درجه سانتی گراد در سیستم گردش می کند و حداکثر دمای کف 29 درجه سانتی گراد است . در این سیستم بیش از 60 درصد انرژی به صورت تابشی به محیط انتقال پیدا میکند .
نکته قابل توجه دیگر این است که در سیستمهای متداول و سنتی معمول چون قسمت اعظم انتقال حرارت از طریق جابجائی و گرم کردن هوا صورت می گیرد و چون هوای گرم به سمت بالا حرکت می کند و تجمع هوای گرم در زیر سقف ( جایی که محسوس نبوده و مورد لزوم نمی باشد ) می باشد ، در حقیقت بالای فضای بالا به اجبار تا حدی گرم می شود تا مقداری از آن به پائین منتقل شود و این در حالی است که نزدیک کف هوا سرد است و مطبوع نمی باشد . بر اساس آخرین نتایج بهترین وایده آل ترین شرایط راحتی انسان در حالتی است که بین دمای محیط اطراف پا و سر و گردن بین 2 الی 3 درجه اختلاف دمایی داشته باشیم و دما در کف پا گرم تر از محیط سر و گردن باشد و این شرایط تنها در مدل حرارتی گرمایش کفی امکان پذیر می باشد .
انواع سیستم های گرمایش کفی
1) سیستم باز : از این روش معمولاً در مغازه ها ، دفاتر و محل های تجاری که دارای نیاز گرمایشی کم و مصرف آبگرم محدود هستند ، استفاده می شود . در این روش از یک آبگرم کن بهداشتی به عنوان تنها منبع حرارتی برای تامین آبگرم مورد نیاز در سیستم گرمایشی و مصارف آبگرم بهداشتی استفاده می شود و هر دو بخش گرمایش از کف و آبگرم بهداشتی ، به صورت تنگاتنگی با یکدیگر ارتباط دارند . در حقیقت همان آبگرمی که درانتها از شیر ظرف شویی یا دستشویی خارج می شود ، از لوله های کف ساختمان عبور کرده است . این روش دارای بهره وری بالایی است . زیرا با استفاده از یک منبع حرارتی به تمام نیازهای گرمایشی محل پاسخ داده می شود . تا زمانی که این آبگرم کن بخوبی پاسخگوی نیازهای گرمایشی و آبگرم مصرفی باشد ، نیازی به سیستم گرمایشی دیگری وجود ندارد .
2) سیستم بسته : از این روش می توان در منازل مسکونی و محل هایی با نیاز گرمایشی در حد متوسط استفاده نمود . در این روش یک منبع گرمایشی جداگانه به سیستم گرمایش از کف اختصاص داده می شود سیال در یک سیکل کاملاً بسته دارای گردش است و هیچگونه ارتباطی میان سیستم گرمایش از کف و مصرف آبگرم خانگی وجود ندارد .
مزایای سیستم گرمایش کفی
آسایش : سیستم گرمایش کفی همانطور که به آرامی و به طور یکنواخت محیط خانه را گرم می کند ، برای انسان احساس مطبوعی فراهم می کند . این سیستم بر خلاف روشهای معمول ، سطح بالایی از گرمایش تابشی را بدون آنکه باعث خشک شدن هوا شود ، ایجاد می نماید . نتایج تحقیقات مختلف که در ASHRAE نیز به آن اشاره شده است حاکی از آسایش افراد با دمای پایین تر محیط ودمای متوسط تشعشعی بالاتر حاصل می شود و این مساله در سیستم گرمایش کفی کاملاً محسوس است .
عدم اشغال فضای اتاق : رادیاتورها فضای مفید ساختمان را اشغال می کنند و مشکلاتی را در طارحی فضای داخلی و چیدمان اثاثیه ایجاد می کنند . سیاه شدن دیوارها ، پرده ها و سقف نیز از دیگر مشکلات استفاده از رادیاتور می باشد . با سیستم گرمایش کفی ، ضمن افزایش فضای کاربری به علت حذف رادیاتور ها ، م یتوان چیدمان مناسب تری از اثاثیه منزل فراهم نمود .
ایمنی و سلامتی : با حرارت آرام ساطع از کف ، جریان جابجائی طبیعی هوا و بالطبع آن میزان ذرات گرد و خاک کاهش می یابد . بنابر این گرمایش کفی یک سیستم ایده آل برای مبتلایان به آسم است .
صرفه جویی در مصرف انرژی و اقتصادی بودن : یکی از مهمترین مزایای سیستم گرمایش کفی که باعث گسترش روز افزون ان شده است ، کاهش موثر مصرف انرژی در مقایسه با سیستم های گرمایشی متداول می باشد . این سیستم در کشورهای صنعتی تا 30درصد و در کشور ما به دلیل استفاده از تجهیزات با راندمان پائین تر و عدم استفاده از عایق تا 50درصد در کاهش مصرف سوخت موثر است . دلایل مختلفی برای صرفه جویی انرژی دراستفاده از سیستم گرمایش کفی وجوددارد که در ادامه به تعدادی از آنها اشاره خواهد شد .به طور کلی می توان گفت یک سیستم گرمایش کفی می تواند تا 50% در مصرف انرژی صرفهجویی ایجاد نماید .
معرفی عواملی که در سیستمهای گرمایش کفی موجب صرفه جویی انرژی می شوند :
· کاهش دمای اتاق
· استفاده از حرارت دقیقاً در جای مناسب آن
· دمای پایین آب در گردش سیستم
· استفاده از عایق کاری
· قابلیت کارکرد با انرژی های تجدید پذیر
· استفاده موثر از سیستم های کنترلی و تفکیک فضاها
ملاحظات استفاده از سیستم گرمایش کفی
گرمایش کفی یک راه حل مهندسی است که الزاماتی را در طراحی ، اجرا وهمچنین اقلام مورد استفاده طلب می کند محاسبات ، طراحی و اجرای صحیح و به کارگیری تجهیزات مناسب دراین سیستم نقش اساسی دارد و بدون آن احتمال کارکرد درست یا اجرای اقتصادی سیستم کم است . نکته ای که در طراحی این سیستم باید به درستی مد نظر قرار داده شود ، دیر پاسخ دادن سیستم به گرم شدن محیط است . این امر در مواقع راه اندازی سیستم به دلیل اینکه مدت زمان طولانی تری لازم است تا محیط گرم شود به عنوان یکی از معایب آن به شماره می رود . همچنین هنگام قطع سیستم مدت زمان طولانی جهت سرد شدن آن نیاز است .
بررسی مقایسه اقتصادی سیستم گرمایش کفی با سیستم رادیاتور
مثال : یک ساختمان مسکونی با زیربنای 175 متر مربع در شمال تهران
شرایط اولیه ی طرح :
ضریب هدایت حرارت دیوارهای خارجی :
دمای طرح بیرون : 20° F یا -6.7 ° C
ضریب هدایت حرارت دیوارهای خارجی : 0/22 Btu/hr.ft2 . ° F یا 1/25 W/m2 .K
ضریب هدایت حرارت سقف : 0/18 Btu/hr.ft2 . ° F یا 1/02 W/m2 .K
ضریب هدایت حرارت شیشه : 1/13 Btu/hr.ft2 . ° F یا 6/4W/m2 .K
ضریب هدایت حرارت کف : 0/2 Btu/hr.ft2 . ° F یا 1/14 W/m2 .K
شرایط طرح داخل در گرمایش با سیستم رادیاتور: 72 ° F یا -22/2 ° C
دمای داخل سرویسهای بهداشتی درسیستم رادیاتور : 76° F یا -24/4 ° C
Q design : 98879 Btu/hr (Total )
مطابق ASHRAE میزان مصرف سالیانه سوخت به صورت زیر حساب می شود :
114/14MBtu/yr
ارزش حرارتی گاز = 39/2MJ/KG (37153/76Btu/hr)
میزان مصرف سالانه سوخت = 3072/72KG(3778/77m3)
شرایط طرح داخل در گرمایش با سیستم گرمایش کفی :
دمای داخل اتاق در سیستم گرمایش کفی : 68° F یا 20° C
دمای داخل سرویسهای بهداشتی در سیستم گرمایش 72 ° F یا 22/2 ° C
Q design : 65793 Btu/hr (Total )
82/82MBtu/yr
میزان مصرف سالانه سوخت = 2214/5Kg(2723/87m3)
1/3872
همانطور که مشخص است مصرف سوخت در سیستم رادیاتور حدود 39 درصد در خانه مسکونی فوق نسبت به سیستم گرمایش کفی بیشتر می باشد .