خنک‌کننده منفعل

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

خنک کننده منفعل یک رویکرد طراحی ساختمان است که بر روی کنترل افزایش حرارت و اتلاف حرارت در ساختمان به منظور بهبود آسایش حرارتی داخل ساختمان با مصرف انرژی پایین یا صفر تمرکز دارد.[۱][۲] این رویکرد یا با جلوگیری از ورود گرما به فضای داخلی(پیشگیری افزایش گرما) یا با از بین بردن حرارت از ساختمان(خنک کننده طبیعی)کار می کند.خنک کننده طبیعی با بهره گیری از انرژی سایت،در دسترس از محیط زیست طبیعی،همراه با اجزا طراحی معماری ساختمان(پوشش ساختمان)،بجای سیستم مکانیکی حرارت را پراکنده می کند.[۳] بنابراین خنک کنندگی طبیعی نه تنها به طراحی معماری ساختمان بستگی دارد بلکه چگونگی استفاده از منابع طبیعی محلی سایت به عنوان سینک حرارت((به عنوان مثال هر چیزی که جذب و یا پراکندگی گرما).به عنوان مثال هر چیزی که جذب و یا پراکندگی گرما).نمونه هایی از سینک حرارتی عبارتند از جو فوقانی (آسمان شب)، هوا در فضای بیرون (باد)، و زمین/خاک.

بررسی اجمالی[ویرایش]

خنک کننده منفعل تمام فرایند های طبیعی و فنون اتلاف حرارت و مدولاسیون بدون استفاده از انرژی پوشش می دهد.بعضی نویسندگان در نظر می گیرند که سیستم های مکانیکی جرئی و ساده (مثل پمپ ها و افزایش دهنده بازده) را می توان در روش های خنک کننده منفعل یکپارچه کرد تا زمانی که به منظور افزایش اثربخشی فرایند خنک کنندگی طبیعی است،استفاده کرد.[۴] چنین برنامه های کاربردی نیز سیستم خنک کننده ترکیبی نامیده می شود.این تکنیک برای خنک کننده منفعل را می توان در دو دسته اصلی زیر دسته بندی کرد: تکنیک های پیشگیرانه که هدف آن حفاظت یا پیشگیری از افزایش حرارت داخلی یا خارجی.

تکنیک های مدولاسیون واتلاف حرارت که به ساختمان اچازه که ذخیره و اسراف افزایش حرارت از طریق انتقال گرما سینک حرارتی به آب و هوا میدهد. این روش می تواند نتیجه جرم حرارتی و یا خنک کننده طبیعی باشد.

تکنیک های پیشگیرانه[ویرایش]

حفاظت از یا پیشگیری از افزایش حرارت شامل تکنیک های طراحی است که افزایش حرارت خورشیدی را از طریق پوشش ساختمان و افزایش حرارت داخلی که در داخل ساختمان به دلیل تجهیزات و اشغال تولید می شود به حداقل میرساند. این شامل تکنیک های طراحی زیر است:

  • محیط زیست و سایت طراحی- با در نظر گرفتن آب و هوای محلی و زمینه سایت استراتژی های خنک کننده خاص که مناسبت ترین برای جلوگیری از بیش از حد گرم شدن پوشش ساختمان هستند می تواند برای استفاده انتخاب شود.محیط زیست می تواند نقش بزرگی در تعیین مطلوب ترین محل برای با تجزیه و تحلیل ترکیب در دسترس بودن خورشید و باد بازی کند. نمودار بیوکلیماتیک، نمودار خورشیدی و رز باد ابزار تجزیه و تحلیل مربوطه در استفاده از این روش هستند.[۵]
  • کنترل خورشیدی-یک سیستم سایه اندازی که بدرتی طراحی شده باشد بطور مؤثر می تواند به حداقل رساندن افزایش حرارت خورشیدی کمک کند.سایه سطوح پوشش ساختمان چه شفاف چه مات مقدار تابش خورشیدی را که باعث بیش از حد گرم شدن هم فضای داخلی و هم سازه ساختمان میشود را به حداقل برساند.با سایه انداختن بر روی سازه ساختمان، افزایش حرارت از طریق پنجره ها و پوشش نیز کاهش خواهد یافت.
  • فرم ساختمان و طرح-جهت ساختمان و توزیع بهینه فضاهای داخلی می تواند از بیش از حد گرم شدن جلوگیری کند.اتاقها می توانند بر اساس رد منابع افزایش حرارت داخلی یا تخصیص افزایش حرارت جایی که می تواند مفید باشد دسته بندی شوند، با توجه به فعالیتهای مختلف ساختمان.به عنوان مثال، ایجاد یک طرح افقی مسطح اثر متقابل تهویه در سراسر طرح را افزایش خواهد داد.جانمایی نواحی به صورت عمودی می تواند از طبقه بندی درجه حرارت بهره ببرد.به طور معمول، نواحی ساختمان در طبقات بالاتر گرمتر از نواحی پایین تر به دلیل طبقه بندی هستند.منطقه بندی عمودی فضا ها و فعالیتها از طبقه بندی درجه حرارت برای تطبیق منطقه بر اساس درجه مورد نیاز استفاده می کنند.[۵] عامل فرم (یعنی نسبت بین حجم و سطح) نیز نقش عمده ای در انرژی ساختمان و مشخصات حرارتی ایفا می کند.این تناسب می تواند ساختمان را به فرم مخصوص آب و هوای محلی شکل دهد.به عنوان مثال، فرم جمع و جور تر تمایل بیشتری به حفظ گرما نسبت به فرم کمتر جمع و جور تر دارد برای اینکه نسبت بارهای ذاخلی به پوشش منطقه قابل توجه است.[۶][۷]
  • عایق حرارتی-عایق موجود در ساختمان مقدار گرمای تششعی منتقل شده از طزیق نما را کاهش خواهد داد.این اصل هم در مورد سطوح مات و هم سطوح شفاف صدق می کند.از آنجا که سقف می تواند یک عامل بزرگتر به بار حرارتی داخلی، به ویژه در ساخت و سازه سبکتر از آن (به عنوان مثال ساختمان و کارگاه های آموزشی با سقف ساخته شده از فلز)،عایق حرارتی به طور موثری انتقال حرارت از سقف را کاهش می دهد.
  • الگوهای رفتاری و اشغال-برخی از سیاست های مدیریت ساختمان مانند محدود کردن تعداد افراد در یک منطقه مشخص نیز می تواند به طور مؤثر در به حداقل رساندن سود حرارت داخل ساختمان کمک کند.ساکنان ساختمان نیز می تواند به پیشگیری از گرم شدن محیط بسته کمک کننداز طریق:خاموش کردن چراغ و تجهیزات فضاهای خالی، استفاده از سایه اندازی در صورت لزوم به منظور کاهش حرارت خورشیدی از طریق پنجره، یا پوشیدن لباس خنکتر به منظور انطباق بهتر به محیط داخل ساختمان با افزایش تحمل به آسایش حرارتی.
  • کنترل افزایش داخلی-بیشتر انرژی مؤثر نورپردازی و تجهیزات الکترونیکی تمایل به آزاد شدن انرژی کمتر، در نتیجه تولید کمتر حرارت داخلی در داخل فضا کمک می کنند.

مدولاسیون و تکنیکهای اتلاف حرارت[ویرایش]

تکنیک های مدولاسیون و اتلاف حرارت برای ذخیره و حذف حرارت داخلی به عوامل گرمای طبیعی تکیه می کنند.نمونه هایی از عوامل طبیعی آسمان شب، خاک زمین، و جرم ساختمان.[۸] بنابراین تکنیک های خنک کننده غیر فعال که با استفاده از رد گرما می تواند عمل به یکی از دو زیر و بم افزایش حرارتی با جرم حرارتی و یا دفع حرارت از طریق استراتژی های خنک کننده طبیعی است.[۱]

  • جرم حرارتی-افزایش حرارت مدلاسیون یک فضای داخلی را می توان با استفاده مناسب از جرم حرارتی در ساختمان به عنوان یک فرورفتن حرارت به دست آورد.جرم حرارتی گرمای روز را جذب و نگهداری خواهد کرد و بعداً آن را به فضا پس خواهد داد.[۱] جرم حرارتی و استراتژی خنک کننده تهویه طبیعی شبانه را می توان با هم استفاده کرد اگر گرمای ذخیره شده که قرار است در شب به محیط پس داده شود مطلوب نباشد.
  • خنک کننده طبیعی-

خنک کننده طبیعی اشاره به استفاده از تهویه و یا حرارت طبیعی برای اتلاف حرارت از فضاهای داخلی دارد. خنک کننده طبیعی را می توان به چهار دسته مختلف از هم جدا:خنک کننده و تهویه، خنک کننده تابشی، سرمایش تبخیری، و جفت زمین است.

تهویه[ویرایش]

تهویه به عنوان یک استراتژی خنک کننده طبیعی با استفاده از خواص فیزیکی هوا برای حذف حرارت و یا ارائه خنک کننده به کاربران.در این موارد، تهویه می تواند برای خنک کردن سازه ساختمان، که ممکن است عاملی برای کاهش خرارت عمل کند.

  • تهویه متقابل-استراتژی تهویه متقابل متکی بر عبور باد از ساختمان به منظور خنک کردن ساکنان است.تهویه متقاطع نیاز به دهانه در دو طرف از فضا، به نام های ورودی و خروجی دارد.اندازه و قرار دادن ورودی و خروجی های تهویه جهت و سرعت تهویه متقابل از طریق ساختمان تعیین می کند.به طور کلی، منطقه برابر (یا بیشتر) از دهانه خروجی نیز باید ارائه شود به ارائه تهویه متقابل کافی است.[۹]
  • تهویه توده ای-تهویه مقطعی خود یک استراتژی مؤثر خنک سازی است . اگرچه باد یک منبع نا معتبر است . تهویه توده ای خود یک استراتژی طراحی متناوب است که بستگی به غوطه وری هوای گرم و افزایش و خروج آن از طریق دهانه های واقع دربلندای سقف دارد. ناحیه خروجی خنک تر خود به نحوی است که هوای گرم افزایشی را از طریق مدخل های طراحی شده در مجاورت زمین را جایگزین آن ساخته است.
  • خنک سازی آنی در شب هنگام-نمای ساختمان در این روش همچون یک سینک از طریق تولید گرما در طول روز عمل می کند و گرمای تولیدی داخلی وناشی از تابش نور خورشید را جذب می کند . حال گرما می تواند طی افت گرمایی همرفت ته نشست پیدا کند و از این رو امکان آن را می دهد تا هوای خنک تر از طریق ساختمان در شب هنگام عبور پیدا کند.جریان هوای خروجی به شکل طبیعی و یا فنی القا پیدا می کند . در طول روز بعد ، ساختمان در قالب سینک گرمایی عمل می کند و از این رو دمای درون را به میزان کمتر از دمای بیرون می رساند. این استراتژی بیشتر در آب و هوای با تعلیق روزانه قابل توجه کارآمد واقع شده است. بنابراین بیشینه دمای داخل بطور نوعی کمتر از بیشینه دمای بیرون در طول ماههای داغ سال می باشد.[۱۰] بنابراین توده گرمایی خود بعنوان یکی از اجزای ضروری در ته نشست گرما در شب هنگام در نظر گرفته شده است.

خنک سازی تابشی[ویرایش]

کلیه اشیا به شکل مستمر می توانند انرژی تابشی را از خود ساطع و یا به خود جذب نمایند . در این بین شی در طول تابش خنک می گردد، چنانچه جریان شبکه ای از سمت بیرونی باشد ،این مورد درطول شب می تواند روی دهد. در طول شب ، تابش با طول موج بلند از آسمان صاف خود کمتر از تابش اینفرارد با طول موج بلند ساطع شده از ساختمان ها خواهد بود. از این رو ،یک جریان شبکه ای در آسمان بوجود می آید.از آنجایی که سقف ها بیشترین مساحت مریی در آسمان شب را فراهم ساخته اند، نحوه طراحی سقف ها خود به گونه ای بوده است که در قالب یک رادیاتور بعنوان یک استراتژی مؤثر عمل می کند. در اینجا 2 نوع استراتژی خنک سازی تابشی در پیش روی داریم که در آن از مساحت سقف به شکل مستقیم وغیر مستقیم بهره مند گشته اند.[۸]

  • خنک سازی تابشی به شکل مستقیم-در ساختمان به گونه ای طراحی شده است تا خنک سازی تابشی مستقیم را بهینه سازی نماید ،سقف ساختمان ها نیز در قالب سینک گرمایی می تواند بار داخلی روزانه را به خود جذب نماید. در این بین سقف همچون بهترین سینک گرمایی عمل می کند ، زیرا بیشترین سطح آن در معرض آسمان شب قرار گرفته است. انتقال گرمای تابشی با آسمان شب خود به گونه ای است که می تواند گرما را از سقف ساختمان رفع نموده و سپس بنای ساختمان را خنک سازی نماید. نهرهای سقفی از جمله این استراتژی ها به شمار می روند . طراحی نهرهای سقفی طی توسعه سیستم گرمایی آسمان توسط هارولد های در سال1977 رواج یافت.در این میان طرح های متعدد و پیکره بندی هایی برای سیستم نهرهای سقفی دیده می شود ، اما این مفهوم در کلیه طراحی ها یکسان می باشد.در سقف از آب و یا حتی کیسه های پلاستیکی پر شده با آب و یا نهرهای باز ، بعنوان سینک گرمایی استفاده نموده اند. این خود در حالی است که سیستم های با پانل عایق متحرک ، حالت گرمادهی و خنک سازی را تنظیم ساخته اند. در طول ساعات روز در فصل تابستان ،آب روی سقف در برابر تابش نورخورشید و دمای هوای پیرامون توسط عایق متحرک مصون نگه داشته می شود، این خود امکان می دهد تا از این عایق بعنوان سینک گرمایی عمل می کند و آب را از طریق سقف و یا گرمای بوجود آمده در داخل جذب خود می نماید. در طول شب ،پانل ها را جمع کرده تا تابش در طول شبانه روز بین نهرهای سقف و آسمان شب صورت گیرد، بنابراین گرمای ذخیره شده از بارهای داخلی در طول روزرا رفع می کند.در فصل زمستان ، این فرایند به شکل معکوس صورت می گیرد ، بنابراین نهرهای سقفی می توانند در طول روز نور تابشی خورشید را به خود جذب نمایند و سپس آن رادر طول شب به فضای زیرین آزاد سازند.[۱۱]
  • خنک سازی تابشی غیر مستقیم- مایع انتقال گرما می تواند گرما را از بنای ساختمان از طریق انتقال گرمای تابشی در آسمان شب رفع نماید. زراحی رایج در این نوع استراتژی خود شامل فضای بین سقف ساختمان و سطح رادیاتور می باشد. در این بین هوا از طریق فضا،راه پیدا می کند که توسط رادیاتور خنک سازی شده است و از طرفی توده بنای ساختمان را خنک می سازد. در طول روز ،توده گرمایی ساختمان همچون یک سینک گرمایی عمل می کند.

خنک سازی تبخیری[ویرایش]

خنک سازی تبخیری . زراحی آن خود بستگی به فرایند تبخیرآب در خنک سازی هوای ورودی دارد . در حالی که بطور همزمان رطوبت نسبی را افزایش می دهد. فیلتر اشباع شده در مدخل تامین قرار گرفته است . بنابراین فرایند طبیعی تبخیر می تواند هوا را خنک سازی نماید. به استثنای انرژی در به حرکت درآوردن فن ها ،آب تنها منبع مورد نیاز در فراهم سازی شرایط در فضاهای داخلی می باشد. کارایی خنک سازی تبخیری خود رابطه مستقیمی با رطوبت هوای بیرونی دارد، بطوری که هوای خشک تر می تواند خنک سازی بیشتری را بهمراه آورد. طی مطالعات صورت گرفته در فیلد کارایی در کشور کویت همواره دریافته ایم که نیروی مورد نیاز برای کولرهای تبخیری بطور تقریبی 75 درصد کمتر نیروی مورد نیاز در واحد بسته بندی شده همرفتی با دستگاه تهویه هوا میباشد.[۱۲] حال جهت راحتی و آسایش فضای داخل ،در این روند مطالعاتی دریافته ایم که خنک سازی تبخیری از دمای هوای درون تا 9.6 درجه سانتی گراد کاسته است که در مقایسه با دمای بیرون بیشتر قابل توجه است.[۱۳]

کوپلینگ زمینی[ویرایش]

در فرایند کوپلینگ زمینی از دمای میانه و پیوسته خاک بعنوان سینک گرمایی استفاده شده است تا به موجب آن ساختمان را از طریق جریان همرفت خنک سازی نماید.این نوع استراتژی خنک سازی زمانی کار آمد تر خواهد بود که دمای زمین خنک تر از دمای هوای پیرامون ، همچون آب و هوای گرم و داغ باشد.

  • کوپلینگ مستقیم-و یا ایجاد ملجا زمینی ، در طول زمانی روی می دهد که در ساختمان از زمین بعنوان یک بافر برای دیواره ها استفاده نماییم.زمین خود یک سینک گرمایی پایدار است و به طور کارآمد می تواند دمای بیش تر را روبه کاهش پیش ببرد. در طول فرایند ملجا زمینی می توان عملکرد بسته های ساختمانی اسمبلی شده را تقویت نمود .این امر طی کاهش بزرگی دامنه افت گرمای همرفت و تولید گرما طی کاهش فیلترینگ بهبود پیدا می کند.[۱۴]
  • کوپلینگ غیر مستقیم.در این روش ساختمان به شکل غیر مستقیم می تواند توسط معبرهای زمینی کوپل شوند. مجراهای زمینی همان لوله مخفی شده است که در قالب یک معبر جهت تامین هوااز طریق ورود به ساختمان عمل می کند . هوای تامین شده طی انتقال گرمای همرفتی بین لوله های بتنی و خاک خنک سازی می گردند. بنابراین هریک از مجراها نمی‌توانند در قالب منبع خنک سازی عمل کنند، مگر اینکه دمای خاک کمتر از دمای هوای مطلوب اتاق باشد.[۱۵] بطور نوعی مجراهای زمینی ساختمانی به لوله های طویل تر جهت خنک ساختن هوای تامین یافته نیاز دارند تا قبل از ورود به ساختمان دمای هوا متناسب با آن گردد. حال جهت برداشت هوای خنک از مجراهای زمینی در ساختمان به یک فن نیاز داریم. برخی از فاکتورها خود توانسته اند بر عملکرد مجراهای زمینی اثراتی را بر جا گذارند: طول مجراها ، تعداد زانویی ها ، ضخامت مجراها ،عمق مجراها ،قطر مجراها و شتاب هوا از جمله این فاکتورها به شمار می روند.

پانویس[ویرایش]

  1. ۱٫۰ ۱٫۱ ۱٫۲ name=santamouris>Santamouris, M.; Asimakoupolos, D. (1996). Passive cooling of buildings (1st ed.). 35-37 William Road, London NW1 3ER, UK: James & James (Science Publishers) Ltd. ISBN 1-873936-47-8. 
  2. name=samuel>Leo Samuel, D.G.; Shiva Nagendra, S.M.; Maiya, M.P. (August 2013). "Passive alternatives to mechanical air conditioning of building: A review". Building and Environment 66: 54–64. doi:10.1016/j.buildenv.2013.04.016. 
  3. name=niles>Niles, Philip; Kenneth, Haggard (1980). Passive Solar Handbook. California Energy Resources Conservation. ASIN B001UYRTMM. 
  4. name=givoni1>Givoni, Baruch (1994). Passive and Low Energy Cooling of Buildings (1st ed.). 605 Third Avenue, New York, NY 10158-0012, USA: John Wiley & Sons, Inc. ISBN 0-471-28473-4. 
  5. ۵٫۰ ۵٫۱ name=brown>Brown, G.Z.; DeKay, Mark (2001). Sun, wind, and light: architectural design strategies (2nd ed.). 605 Third Avenue, New York, NY 10158-0012, USA: John Wiley & Sons, Inc. ISBN 0-471-34877-5. 
  6. name=caldas1>Caldas, L. (January 2008). "Generation of energy-efficient architecture solutions applying GENE_ARCH: An evolution-based generative design system". Advanced Engineering Informatics 22 (1): 54–64. doi:10.1016/j.aei.2007.08.012. 
  7. name=caldas2>Caldas, L.; Santos, L. (September 2012). "Generation of energy-efficient patio houses with GENE_ARCH: combining an evolutionary Generative Design System with a Shape Grammar". Proceedings of the 30th eCAADe Conference - Digital Physicality. eCAADe 1: 459–470. Retrieved 26 November 2013. 
  8. ۸٫۰ ۸٫۱ name=lechner>Lechner, Norbert (2009). Heating,Cooling, Lighting: sustainable design methods for architects (3rd ed.). 605 Third Avenue, New York, NY 10158-0012, USA: John Wiley & Sons, Inc. ISBN 978-0-470-04809-2. 
  9. Grondzik, Walter T.; Kwok, Alison G.; Stein, Benjamim; Reynolds, John S. (2010). Mechanical and Electrical Equipment For Building (11th ed.). 111 River Street, Hoboken, NJ 07030, USA: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-19565-9. 
  10. Givoni, B. (1991). "Performance and applicability of passive and low-energy cooling systems". Energy and Buildings 17 (3): 177–199. doi:10.1016/0378-7788(91)90106-D. 
  11. ame=givoni1>Givoni, Baruch (1994). Passive and Low Energy Cooling of Buildings (1st ed.). 605 Third Avenue, New York, NY 10158-0012, USA: John Wiley & Sons, Inc. ISBN 0-471-28473-4. 
  12. Maheshwari, G.P.; Al-Ragom, F.; Suri, R.K. (May 2001). "Energy-saving potential of an indirect evaporative cooler". Applied Energy 69 (1): 69–76. doi:10.1016/S0306-2619(00)00066-0. 
  13. name=amer>Amer, E.H. (July 2006). "Passive options for solar cooling of buildings in arid areas". Energy 31 (8-9): 1332–1344. doi:10.1016/j.energy.2005.06.002. 
  14. name=kwok>Kwok, Alison G.; Grondzik, Walter T. (2011). The Green Studio Handbook. Environmental strategies for schematic design (2nd ed.). 30 Corporate Drive, Suite 400, Burlington, MA 01803, USA: Architectural Press. ISBN 978-0-08-089052-4. 
  15. name=kwok>Kwok, Alison G.; Grondzik, Walter T. (2011). The Green Studio Handbook. Environmental strategies for schematic design (2nd ed.). 30 Corporate Drive, Suite 400, Burlington, MA 01803, USA: Architectural Press. ISBN 978-0-08-089052-4.