یکی از دغدغههای اصلی ما این است که در فضای داخلی احساس خوبی داشته و سالم باشیم.
با این حال، راحتی ما باید با مسائل دیگری مانند اقتصاد و محیط زیست نیز در ارتباط باشد.
برای این که ایدهای از چگونگی ترکیب این پارامترها داشته باشیم، بهتر است دو روش مختلف برای بهبود رفاه انسان را تجزیه و تحلیل کنیم: مقایسه تهویه طبیعی و مکانیکی.
در این مقاله به بررسی تهویه مکانیکی، تهویه طبیعی و مقایسه تهویه طبیعی و مکانیکی میپردازیم.
1# تهویه مکانیکی چیست؟
به منظور مقایسه تهویه طبیعی و مکانیکی ابتدا به بررسی تهویه مکانیکی میپردازیم.
شیوههای کارآمد در مصرف انرژی به پایداری بلندمدت ساختمانها کمک میکنند و آنها را در برابر چالشهای انرژی آینده و تغییر در مقررات مقاومتر میکنند.
تهویه مکانیکی به دلیل رویکرد متناسب خود در تهویه، از این استراتژی پشتیبانی میکند.
تهویه مکانیکی به استفاده از سیستمها و دستگاههای مهندسی شده برای کنترل و گردش هوا داخل یک ساختمان یا فضای محصور اشاره دارد.
برخلاف تهویه طبیعی که برای تبادل هوا به پنجرهها و روزنهها متکی است، تهویه مکانیکی شامل فنها، کانالها و سایر اجزا میشود.
تهویه مکانیکی اغلب در ساختمانهایی استفاده میشود که تهویه طبیعی ممکن است ناکافی یا غیرعملی باشد، مانند سازههای مرتفع، املاک قدیمی یا مناطقی که دسترسی محدودی به جریان هوای خارجی دارند.
1-1# محبوبترین سیستمهای تهویه مکانیکی
انواع مختلفی از سیستمهای تهویه مکانیکی وجود دارد که هر کدام اهداف خاصی را دنبال میکنند.
این موارد عبارت اند از:
- MVHR که گرما و رطوبت اضافی را از هوای خروجی بازیابی و دوباره استفاده میکند.
این سیستم انرژی مورد نیاز برای حفظ دمای داخل ساختمان را تا حد زیادی کاهش میدهد و آن را به انتخابی محبوب برای طراحی ساختمانهای با مصرف انرژی بهینه تبدیل میکند. - MEV که شامل فنهای مجزا در مناطق خاص برای تهویه هدفمند بوده و تضمین میکند که تهویه متناسب با نیازهای هر فضا انجام شود و با جلوگیری از گردش هوای غیرضروری در مناطق خالی، بهره وری انرژی را به حداکثر میرساند.
- PIV که یک سیستم تهویه برای بهبود کیفیت هوای داخل ساختمان و کاهش سطح رطوبت در ساختمانها است.
در یک سیستم PIV، هوای تازه و فیلتر شده با سرعت مداوم و کنترل شده از بیرون به داخل ساختمان وارد میشود.
PIV به ویژه برای ساختمانهایی با رطوبت بالا، مشکلات میعان یا گردش هوای ضعیف مناسب است.
2-1# الزامات تهویه مکانیکی
از دیدگاه شرایط کار و زندگی راحت، تهویه خوب و کارآمد باید الزامات عملکردی مختلفی را برآورده کند که همه این موارد بر اساس پارامترها و سیستمهای کنترلی مختلف است.
با این حال، ما همیشه باید از تهویه کارآمد، مداوم و دقیق مطمئن شویم.
1) طراحی سیستم تهویه
هنگام انتخاب یا طراحی سیستم تهویه، عواملی که باید در نظر گرفته شوند شامل موارد زیر هستند؛ اما محدود به آنها نیستند:
- نوع ساختمان یا سازه
- موقعیت ساختمان و آب و هوای بیرون
- میزان استفاده از فضا
- حجم منطقه
- تعداد دفعات تعویض جریان هوا در هر ۲۴ ساعت
- نحوه خروج هوای خروجی
- الزامات و امکانات سازه ای و الکتریکی
- بودجه موجود
2) میزان تأمین هوای تازه
مقدار هوای تازه ای که باید به یک اتاق وارد شود، بسته به کاربری ساختمان دارد.
میزان تأمین هوای تازه با در نظر گرفتن عوامل مختلفی مانند موارد زیر تعیین میشود:
- تعداد ساکنین
- نوع کار
- مدت زمان کار
- سن ساکنین
- مواردی از این قبیل
3) حرکت هوا
برای تهویه مناسب فضا، هوا باید جابجا شده یا تغییر کند.
میزان تغییر هوا به موارد زیر بستگی دارد:
- تعداد افراد داخل
- دمای اتاق
- ماهیت کار
- دسته بندی مختلف اتاق
- فعالیت ها
4) ویژگی هوا
- مطلوب است که هوای ورودی برای تهویه در تابستان خنک و در زمستان گرم باشد؛ قبل از ورود به اتاق.
- همچنین سرعت هوا بسیار مهم است؛ از جمله استراتژی تهویه، الگوی توزیع و مواردی از این قبیل.
- هوا حاوی مقدار مشخصی رطوبت است.
- کیفیت هوا نقش مهمی در آسایش افرادی که تحت تأثیر سیستم تهویه هستند، ایفا میکند.
3-1# اصول تهویه مکانیکی
تهویه مکانیکی یکی از سیستمهایی است که محیط را قابل سکونت نگه میدارد.
هدف از تهویه مکانیکی:
- گرم یا سرد کردن هوای ورودی
- گردش یا جابجایی هوا در یک اتاق
- تأمین یا تخلیه مقدار هوای مورد نیاز در اتاق
اطلاعات اولیه در مورد تهویه مکانیکی:
- تهویه مستقل از شرایط بیرونی قابل اجرا است.
- نیاز به کنترل دقیق عملیات دارد.
- کنترل دما و رطوبت را فراهم میکند.
اصول تهویه مکانیکی عبارت اند از:
- تهویه بیش از حد فشار
- تهویه متعادل
- تهویه تحت فشار
4-1# انواع تهویه مکانیکی
- تهویه فقط از طریق منبع: در این سیستم، فنها هوای تازه بیرون را به داخل ساختمان میفرستند و محیطی با فشار مثبت ایجاد میکنند.
هوای کهنه از طریق نقاط نشت طبیعی خارج میشود. - تهویه فقط از طریق اگزوز: در این حالت، از فنها برای تخلیه هوای داخل استفاده میشود و با ایجاد فشار منفی، هوای تازه بیرون را از طریق منافذی مانند پنجرهها و دریچهها به داخل میکشد.
- تهویه متعادل: سیستمهای تهویه متعادل از هر دو فن تهویه برای حفظ فشار خنثی داخل ساختمان استفاده میکنند.
این امر امکان کنترل دقیق کیفیت هوای داخل ساختمان را فراهم میکند.
5-1# چگونه تهویه مکانیکی را بهبود بخشیم؟
برای بهبود تهویه مکانیکی در ساختمان خود، باید طراحی و عملکرد فنها، کانالها، فیلترها و سایر اجزا و همچنین ادغام با سایر سیستمها را در نظر بگیرید.
برای انجام این کار:
- نوع و اندازه مناسبی از فن را انتخاب کنید که با نیاز تهویه مطابقت داشته باشد و مصرف انرژی و سر و صدا را به حداقل برساند.
- طرح و پیکربندی کانال را به گونه ای طراحی کنید که توزیع و تعادل جریان هوا را بهینه کند، در حالی که افت فشار و نشتی را کاهش میدهد.
- فیلترها را به صورت منظم نگهداری و تعویض کنید تا کیفیت هوا و کارایی سیستم تضمین شود.
- از دستگاههای بازیابی گرما یا انرژی برای بازیابی گرمای هدر رفته یا رطوبت از هوای خروجی، پیش تهویه هوای ورودی استفاده کنید.
- تهویه مکانیکی را با سیستمهای گرمایش، سرمایش، رطوبت زنی یا رطوبت زدایی هماهنگ کنید تا از تهویه بیش از حد یا تهویه کمتر از حد هوا جلوگیری شود.
6-1# مزایای تهویه مکانیکی
- ثبات: سیستمهای تهویه مکانیکی میتوانند، کیفیت هوای داخل ساختمان را صرف نظر از شرایط خارجی ثابت نگه دارند.
- دقت: آنها امکان کنترل دقیق میزان تهویه، سطح رطوبت و فیلتراسیون را فراهم میکنند که میتواند در مراکز درمانی و آزمایشگاهی ضروری باشد.
- سازگاری: سیستمهای مکانیکی را میتوان با سیستمهای گرمایش، سرمایش و تصفیه هوا ادغام کرد و کنترل جامع آب و هوا را ارائه داد.
7-1# معایب تهویه مکانیکی
برای مقایسه تهویه طبیعی و مکانیکی، معایب تهویه مکانیکی را بررسی میکنیم:
- هزینه اولیه بالا
- نیاز به تجهیزات متعدد دارد.
- طراحی و اجرای سیستم پیچیدهتر و پرهزینهتر از تهویه طبیعی است.
- هزینه نگهداری و سرویس دوره ای
- نیاز به تعویض فیلترها، روغن کاری و سرویس فنها
- شستوشو و ضدعفونی دوره ای کانالها برای جلوگیری از آلودگی
- هزینه نیروی متخصص برای تعمیر و نگهداری
- مصرف زیاد انرژی
- وابسته به برق یا سوخت برای به کار انداختن فنها و هواسازها
- افزایش چشمگیر هزینههای انرژی در ساختمانهای بزرگ
- اثر منفی بر محیط زیست در صورت استفاده از منابع غیرتجدیدپذیر
- وابستگی به تجهیزات مکانیکی و برق
- در صورت قطعی برق یا خرابی تجهیزات، سیستم از کار میافتد.
- این وابستگی در بیمارستانها، آزمایشگاهها یا صنایع حساس میتواند، خطرساز باشد.
- آلودگی صوتی و ارتعاش
- کارکرد فنها و دستگاهها میتواند، صدای مزاحم ایجاد کند.
- نیاز به عایق کاری صوتی و دمپرهای ارتعاشی دارد.
- نیاز به فضای نصب زیاد
- کانال کشی و تجهیزات حجیم بوده و فضای معماری ساختمان را اشغال میکنند.
- در ساختمانهای کوچک یا قدیمی اجرای سیستم مکانیکی دشوار است.
2# تهویه طبیعی چیست؟
به منظور مقایسه تهویه طبیعی و مکانیکی در ادامه به بررسی تهویه طبیعی میپردازیم.
تهویه طبیعی یک سیستم غیرفعال بوده که به حرکت هوای بیرون از طریق ویژگیهای طراحی ساختمان مانند پنجرهها، درها و شناوری حرارتی متکی است تا هوای تازه را فراهم کرده و هوای کهنه داخل ساختمان را خارج کند.
تهویه طبیعی از نیروهایی مانند باد و اختلاف دما برای جابجایی هوا در ساختمان استفاده میکند.
این یک سیستم غیرفعال است که نیازی به استفاده از تجهیزات مکانیکی ندارد.
تهویه طبیعی بر دو اصل اساسی استوار است:
- اثر دودکش: هوای گرم بالا میرود و اختلاف فشاری ایجاد میکند که هوای خنکتر را از بیرون به داخل میکشد.
این اصل اغلب برای تهویه اتاقهای زیر شیروانی و فضاهای با سقف بلند استفاده میشود. - تهویه متقاطع: وزش باد در سراسر ساختمان، اختلاف فشاری ایجاد کرده که هوا را به داخل یک دهانه میکشد و از دهانه دیگر آزاد میکند.
این اصل اغلب برای تهویه ساختمانهایی با طرح طولانی و باریک استفاده میشود.
با این حال، در مقایسه تهویه طبیعی و مکانیکی باید گفت که تهویه طبیعی اغلب به اندازه تهویه مکانیکی پایدار نیست و از نظر انرژی نیز کارایی کمتری دارد.
آلایندههای مضر فقط از بیرون به داخل ساختمان نمیآیند.
آنها همچنین داخل ساختمان از طریق محصولات شوینده، مبلمان و مصالح ساختمانی تولید میشوند.
1-2# مفاهیم کلیدی طراحی برای تهویه طبیعی
- نزدیکی به چاههای هوا و فضاهای خارجی:
- چاههای هوا و فضاهای خارجی نقش محوری در تسهیل جریان هوا دارند.
ساختمانها اغلب با چاههای هوا یا حیاطهای استراتژیک طراحی میشوند تا تهویه متقاطع را افزایش دهند و هوای خنکتر را به داخل بکشند و به هوای گرم اجازه خروج دهند. - دسترسی مستقیم به فضاهای خارجی، قرارگیری در معرض بادهای غالب را به حداکثر میرساند.
- چاههای هوا و فضاهای خارجی نقش محوری در تسهیل جریان هوا دارند.
- مساحت مؤثر بازشوها نسبت به اندازه اتاق:
- برای تهویه مطلوب، مساحت مؤثر بازشوها (پنجرهها) باید حداقل ۱۵ تا ۲۰ درصد از مساحت کف اتاق باشد.
بازشوهای بزرگتر جریان هوای بهتری را ایجاد میکنند، در حالی که قرارگیری آنها از تهویه متقاطع پشتیبانی میکند. - تأثیر لوورها و پنجرههای کشویی:
- لوورها: اگرچه پنجرههای لوور حتی در حالت نیمه بسته نیز جریان هوا را ممکن میسازند؛ اما به دلیل شیب تیغههایشان که میتواند تا حدودی جریان هوا را مسدود کند، در مقایسه با پنجرههای کاملاً باز، سطح مؤثر را 50٪ کاهش میدهند.
- پنجرههای کشویی: پنجرههای کشویی اغلب منجر به کاهش سطح تهویه مؤثر میشوند؛ زیرا در هر زمان فقط نیمی از کل مساحت پنجره باز است.
برای جبران این محدودیت، مکان یابی و اندازه بندی دقیق لازم است.
- مسیرهای تهویه و اختلاف ارتفاع:
- گنجاندن بازشوهای بالا و پایین در یک فضا، با بهره گیری از اثر دودکشی، تهویه طبیعی را افزایش میدهد، جایی که هوای گرم بالا میرود و از طریق بازشوهای بالاتر خارج میشود و هوای خنکتر را از پایین به داخل میکشد.
- برای تهویه مطلوب، مساحت مؤثر بازشوها (پنجرهها) باید حداقل ۱۵ تا ۲۰ درصد از مساحت کف اتاق باشد.
2-2# انواع تهویه طبیعی
- تهویه متقاطع: این نوع رایج ترین شکل تهویه طبیعی است که شامل ایجاد بازشوهایی در دو طرف مخالف ساختمان میشود که به هوای بیرون اجازه جریان یافتن میدهد.
- تهویه دودکشی: در تهویه دودکشی، از اصل صعود هوای گرم استفاده میشود.
هوای گرم به صورت طبیعی در نزدیکی سقف جمع میشود و اختلاف فشاری ایجاد میکند که هوای تازه را از طریق منافذ پایینتر به داخل میکشد و هوای گرم را از طریق منافذ یا دریچههای بالاتر خارج میکند. - بادگیرها: بادگیرها عناصر معماری سنتی هستند که معمولاً در مناطق خشک یافت میشوند.
آنها بادهای غالب را به داخل ساختمان هدایت و یک اثر خنک کننده ایجاد میکنند.
بادگیرها به ویژه در خنک کردن طبیعی فضاهای داخلی مؤثر هستند.
3-2# کاربرد تهویه طبیعی
برای دستیابی به تهویه طبیعی مؤثر:
- بازشوها را با جهت باد غالب همتراز کنید.
- در مجتمعهای مسکونی متراکم، چاههای هوا یا حیاط خلوت تعبیه کنید.
این رویکرد، عملکرد را با بافت شهری و آب و هوای مرطوب متعادل و محیطهای داخلی پایدار و راحت را تضمین میکند.
4-2# اصول تهویه طبیعی
تهویه طبیعی از اختلاف فشار بین چگالی هوای داخلی و خارجی که توسط اختلاف دما تعیین میشود و همچنین سرعت باد که در نمای رو به باد فشار مثبت و در نمای پشت به باد فشار منفی ایجاد میکند، استفاده میکند.
بنابراین، تهویه طبیعی تحت تأثیر آشفتگی باد و الگوی جریان هوا در اطراف ساختمان نیز قرار میگیرد.
شکل ساختمان نیز بر تهویه طبیعی، یعنی جهت جریان هوا در سراسر ساختمان و شدت تهویه، تأثیر میگذارد.
5-2# چگونه تهویه طبیعی را بهبود بخشیم؟
اگر میخواهید تهویه طبیعی در ساختمان خود را بهبود بخشید، باید طراحی و عملکرد بازشوها، جهت ساختمان و محیط اطراف را در نظر بگیرید.
برای به حداکثر رساندن کارایی تهویه طبیعی، اندازه، تعداد و محل بازشوها را افزایش دهید تا تهویه متقاطع یا تهویه دودکشی ایجاد شود.
از پنجرههای قابل تنظیم، کرکرهها یا سایر وسایل برای تنظیم بازشوها با توجه به آب و هوا و نیازهای کاربر استفاده کنید.
طراحی فرم و پوشش ساختمان برای افزایش فشار باد و اثرات شناوری نیز مفید است.
به علاوه، باید از موانع و تداخلات ناشی از ساختمانهای دیگر، درختان یا توپوگرافی که میتوانند سرعت و جهت باد را کاهش دهند، اجتناب کرده یا آن را به حداقل برسانید.
در نهایت، ترکیب استراتژیهای خنک کننده غیرفعال مانند سایه اندازی، عایق بندی، جرم حرارتی یا خنک کننده تبخیری میتواند بار خنک کننده را کاهش داده و محدوده آسایش را افزایش دهد.
6-2# مزایای تهویه طبیعی
- تهویه طبیعی نیازی به سیستمهای مکانیکی ندارد و مصرف انرژی و هزینههای عملیاتی را کاهش میدهد.
- ارتباط با طبیعت که این امر ارتباط ساکنین با محیط بیرون را افزایش میدهد و باعث افزایش رفاه میشود.
- پایداری که با کاهش وابستگی به سیستمهای سرمایش و گرمایش مصنوعی، با اصول طراحی پایدار همسو است.
- مناسب برای بسیاری از انواع ساختمانهای واقع در آب و هوای معتدل است.
- محیط پنجره باز مرتبط با تهویه طبیعی اغلب محبوب است؛ به خصوص در مکانهای دلپذیر و آب و هوای معتدل.
- تهویه طبیعی معمولاً در مقایسه با هزینههای اولیه، عملیاتی و نگهداری سیستمهای مکانیکی ارزان است.
- اگر منافذ زیادی وجود داشته باشد، میتوان نرخ جریان هوای بالایی برای خنک سازی و پاکسازی ایجاد کرد.
- هیچ فضای اتاقی برای تجهیزات تهویه مورد نیاز نیست.
7-2# معایب تهویه طبیعی
اگرچه ممکن است فکر کنید تهویه طبیعی یک انتخاب پایدار و مقرون به صرفه است؛ اما محدودیتهای متعددی دارد.
1) ناسازگاری حرارتی
تهویه طبیعی به عوامل خارجی مانند باد و تغییرات دما متکی است.
این امر میتواند منجر به شرایط حرارتی نامتعادل داخل ساختمان شود و نیاز به ورودی انرژی اضافی برای تنظیم دمای داخل ساختمان را به دنبال داشته باشد.
2) کنترل محدود
در مقایسه تهویه طبیعی و مکانیکی باید گفت که برخلاف سیستمهای تهویه مکانیکی که کنترل دقیقی بر جریان هوا ارائه میدهند، تهویه طبیعی تابع شرایط محیطی غیرقابل پیش بینی است.
این عدم کنترل میتواند مانع از صرفه جویی در مصرف انرژی، به ویژه در شرایط آب و هوایی نامساعد شود.
3) قرار گرفتن در معرض آلودگی
تهویه طبیعی، فضاهای داخلی را در معرض آلایندههای خارجی قرار میدهد و کیفیت هوای داخل را به خطر میاندازد.
در محیط هایی با سطح آلودگی بالا، تکیه بر تهویه طبیعی ممکن است نیاز به اقدامات تصفیه هوای اضافی به شکل تهویه مکانیکی داشته باشد .
3# مقایسه تهویه طبیعی و مکانیکی
برای مقایسه تهویه طبیعی و مکانیکی، باید عوامل مختلفی مانند موارد زیر را در نظر بگیرید:
- نوع ساختمان
- اندازه
- چیدمان
- موقعیت مکانی
- آب و هوا
- میزان اشغال
- عملکرد
همچنین برای مقایسه تهویه طبیعی و مکانیکی باید عملکرد و هزینههای هر روش تهویه را بر اساس معیارهایی مانند موارد زیر ارزیابی کنید:
- بهره وری انرژی
- آسایش حرارتی
- کیفیت هوای داخل ساختمان
- آسایش صوتی
- تأثیر بر محیط زیست
میتوانید از ابزارها و روشهای مختلفی برای مقایسه تهویه طبیعی و مکانیکی، مانند موارد زیر استفاده کنید:
- نرم افزار شبیه سازی
- تحلیل چرخه عمر
- تحلیل هزینه – فایده
- تحلیل تصمیم گیری چند معیاره
در ادامه به بررسی مقایسه تهویه طبیعی و مکانیکی میپردازیم.
1-3# منبع انرژی برای جریان هوا
- تهویه طبیعی:
- جریان هوا از نیروهای طبیعی مثل باد و اثر دودکش است.
- هیچ نیازی به انرژی الکتریکی یا تجهیزات مکانیکی ندارد.
- تهویه مکانیکی:
- جریان هوا توسط فنها، هواسازها یا سیستمهای HVAC ایجاد میشود.
- به انرژی الکتریکی یا سوخت نیاز دارد.
2-3# قابلیت کنترل دما، رطوبت و کیفیت هوا
- تهویه طبیعی:
- دما و رطوبت به شرایط بیرون وابسته است.
- در تابستان ممکن است ورود هوای گرم باعث افزایش دمای داخل شود.
- در زمستان هوای سرد وارد میشود و مصرف انرژی گرمایش بالا میرود.
- کنترل رطوبت تقریباً غیرممکن است.
- تهویه مکانیکی:
- قابلیت تنظیم دقیق دما، رطوبت و حتی فیلتراسیون هوا است.
- میتوان کیفیت هوا را مطابق استانداردهای بهداشتی تضمین کرد.
- در بیمارستانها و صنایع حساس تنها گزینه ممکن است.
3-3# وابستگی به شرایط محیطی
- تهویه طبیعی:
- شدیداً وابسته به جهت باد، فصل و طراحی معماری است.
- در مناطق با آلودگی هوا، تهویه طبیعی میتواند مشکل ساز باشد.
- در شرایط بی باد یا گرمای شدید، تهویه طبیعی کارایی کمی دارد.
- تهویه مکانیکی:
- کاملاً مستقل از شرایط محیطی است.
- در هر شرایط آب و هوایی کار میکند.
- امکان استفاده از فیلترهای هوا برای جلوگیری از ورود آلودگیها وجود دارد.
4-3# هزینه نصب و نگهداری
- تهویه طبیعی:
- هزینه اولیه تقریباً صفر
- بدون نیاز به نگهداری خاص
- هزینههای بلندمدت ناچیز
- تهویه مکانیکی:
- هزینه اولیه بالا به دلیل استفاده از تجهیزات
- نیازمند تعمیرات و سرویس دورهای
- هزینههای بلندمدت بالا
5-3# مصرف انرژی و بهرهوری
- تهویه طبیعی:
- مصرف انرژی نزدیک به صفر
- پایداری بالاتر به دلیل کاهش وابستگی به منابع انرژی
- بهره وری پایین در کنترل شرایط داخلی
- تهویه مکانیکی:
- مصرف انرژی بالا
- امکان استفاده از سیستمهای هوشمند BMS برای کاهش مصرف انرژی و بهینه سازی عملکرد
- در طراحی پایدار، امکان ترکیب سیستم مکانیکی با انرژیهای تجدیدپذیر
6-3# کاربرد و گستره استفاده
- تهویه طبیعی:
- مناسب برای ساختمانهای مسکونی کوچک، مدارس، فضاهای کم جمعیت
- کارآمد در مناطق معتدل با هوای پاک
- تهویه مکانیکی:
- ضروری در ساختمانهای اداری، تجار و بیمارستانها
- مورد استفاده در مناطق با آب و هوای سخت یا آلوده
نظرتون درباره این مقاله چیه؟
ما رو راهنمایی کنید تا اون رو کامل تر کنیم و نواقصش رو رفع کنیم.
توی بخش دیدگاه ها منتظر پیشنهادهای فوق العاده شما هستیم.