بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
تحلیل فنی و اقتصادي بکارگیري اسپیلت اینورتري جهت گرمایش ساختمان به جاي موتورخانه در اقلیم مرطوب
چکیده
با توجه به اینکه سیستم گرمایش ساختمان از اهمیت ویژه اي برخوردار است استفاده از یک سیستم مناسب و بهینه از لحاظ اقتصادي و تامین آسایش حرارتی بسیار حائز اهمیت است. سیستم گرمایش مرکزي (موتورخانه) در بسیاري از ساختمانها به کار گرفته می شود. سیستم گرمایش مرکزي داراي نواقصی می باشد از جمله این نواقص اشغال فضاي مفید ساختمان، هزینه اولیه بالاي احداث موتورخانه (تجهیزات، نصب و فضاي اختصاص یافته به آن) در مقایسه با سیستم موضعی و هزینه نگهداري و تعمیرات موتورخانه می باشد. در این تحقیق امکان جایگزین نمودن سیستم گرمایش موضعی(اسپیلت اینورتري) در اقلیم مرطوب به جاي موتورخانه از لحاظ فنی و اقتصادي در یک ساختمان نمونه بررسی شده است. در این تحقیق براي شبیه سازي ساختمان نمونه در اقلیم مرطوب از نرم افزار Carrier استفاده شده است . براي اقلیم معتدل و مرطوب شهر رشت در نظر گرفته شده است. نتایج مربوط به تحلیل فنی نشان می دهد که حذف موتورخانه مرکزي امکان پذیربوده و با جایگزین نمودن اسپیلت اینورتري مناسب امکان ایجاد شرایط آسایش حرارتی در ساختمان شبیه سازي شده فراهم می شود. این نکته حائز اهمیت است که اگر در اقلیم مرطوب براي تامین گرمایش از اسپیلت هاي اینوررتري استفاده شود، باید براي هر فضا، طراحی اسپیلت بر اساس بار زمستانی انجام شود. در این تحقیق تحلیل اقتصادي به دو روش NPV و بازگشت سرمایه اولیه انجام شده است. نتایج مربوط به تحلیل اقتصادي نشان می دهد که جایگزین نمودن اسپیلت به جاي موتورخانه در اقلیم معتدل و مرطوب از لحاظ اقتصادي به صرفه می باشد.
واژه هاي کلیدي
اسپیلت اینورتري- موتورخانه- نرم افزار -Carrierروش – NPV روش بازگشت سرمایه
-1 مقدمه
از دیریاز تا کنون تهیه محیط مناسب در فصول مختلف سال براي انسان یک مسأله حیاتی بوده است. با توجه به رشد و توسعه هر چه بیشتر صنایع مختلف، تأسیس مراکز بزرگ صنعتی، تجاري، مسکونی و عمومی با ساختمان هاي مدرن مجهز امري اجتناب ناپذیر است، نصب تأسیسات تهویه مطبوع و تأمین آسایش حرارتی افرادي که در این مکان ها به کار و فعالیت مشغولند ضروري است با توجه به ضرورت بهینه سازي مصرف سوخت در سطح جهانی و بازیافت انرژي، استفاده از وسایل خنک کننده و گرم کننده بهینه و مقرون به صرفه بسیار حائز اهمیت است. سیستم گرمایش مرکزي داراي نواقصی می باشد از جمله این نواقص اشغال فضاي مفید ساختمان بوده که اندازه این فضا متناسب با کل فضاي مفید ساختمان متغییر می باشد این تناسب به این معنی بوده که اگر کل فضاي مفید ساختمان افزایش یابد فضاي اختصاص یافته به موتورخانه به دلیل استفاده از تجهیزات بزرگتر نیز باید افزایش یابد. در ضمن هزینه اولیه بالاي احداث موتورخانه (تجهیزات و فضاي اختصاص یافته به آن) در مقایسه با سیستم موضعی و نیز هزینه نگهداري و تعمیرات موتورخانه از دیگر نواقص سیستم گرمایش مرکزي به شمار می آید. در این تحقیق براي کاهش هزینه ها استفاده از سیستم اسپیلت اینورتري به جاي موتورخانه از لحاظ فنی و اقتصادي مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. در شکل شماره 1 اسپیلت اینورتري نشان داده شده است.
شکل– 1 اسپیلت اینورتري
اسپیلت ها با استقاده از سیکل تبرید منجر به خنک شدن محیط اطراف خود می شوند. این نکته نیز حائز اهمیت است که اسپیلت ها بر اساس سیکل پمپ حرارتی (عکس سیکل تبرید) می توانند محیط اطراف خود را گرم نمایند و اصولا در سیکل پمپ حرارتی به ظرفیت انرژي بالاتري نسبت به سیکل تبرید می رسند. اسپیلت ها از لحاظ سیستم کمپرسور و مصرف برق دو نوع می باشند، اول سیستم سنتی و قدیمی که در این نوع کمپرسور همیشه با یک دور ثابت کار کار می کند و از 100 درصد توان دستگاه در همه زمانها استفاده می شود که این باعث می شود مصرف انرژي الکتریکی دستگاه بالا برود و براي هربار خاموش و روشن دستگاه در زمانی که اتاق به دماي مورد نظر برسد نیاز به توان زیاد و به اصطلاح آمپر کشیدن است سیستم جدید تر که به اینورتر مشهور است داراي کمپرسو اینورتر دورمتغییر بوده و در لحظه شروع بکار (استارت) به آرامی کار کرده و آمپرکمی می کشد (سافت استارت). کمپرسو اینورتر با تغییر فرکانس و ولتاژ برق دور آن کم یا زیاد می شود و این عمل باعث صرفه جویی در مصرف برق بین 40 تا 60 درصد نسبت به نوع معمولی می شود وقتی دستگاه به دماي مورد نظر در اتاق می رسد به صورت 100درصد خاموش نمی شود و فقط دور کمپرسور به حداقل می رسد و در زمان نیاز به بار برودتی بیشتر دور کمپرسور بیشتر می شود که این عمل باعث افزایش راندمان و کاهش مصرف برق می شود همچنین سیستم هاي اینورتر داراي سیستم گرمایش کامل بوده و در فصل زمستان تا -15 درجه سانتی گراد قابلیت کارکرد دارند در صورتی که اسپیلت هاي سنتی تا -3 درجه سانتیگراد قابلیت کارکرد دارند. در
اسپلیت با سیستم اینورتر براي افزایش راندمان از مبرد یا گاز 410 استفاده می شود که از لحاظ محیط زیستی پاك می باشد. اسپلیت هاي اینورتر با برچسب انرژي A ساخته شده و بعضا" برچسب انرژي A+ نیز دارند.
در این تحقیق یک ساختمان نمونه با مساحت تقریبا 900 متر مربع در دو طبقه جهت شبیه سازي در اقلیم معتدل و مرطوب انتخاب شده است.که پلان مربوط به آن در شکل 2 ، 3 آورده شده است. در ساختمان شبیه سازي شده مبحث 19 مقررات ملی ساختمان رعایت شده است. در ادامه پس از شبیه سازي و برآورد بار حرارتی ساختمان به تحلیل فنی و اقتصادي پرداخته شده است.
شکل– 2 پلان طبقه همکف شکل– 3 پلان طبقه اول
-2 شبیه سازي ساختمان نمونه در اقلیم مرطوب
براي شبیه سازي ساختمان در نرم افزار Carrier و برآورد دقیق بار حرارتی اطلاعات مربوط به شرایط طرح داخل و خارج، دیگر شرایط جغرافیایی منطقه مورد نظر مانند عرض و طول جغرافیایی، ارتفاع از سطح دریا، مشخصات کامل جدارهاي داخلی و خارجی، مشخصات کامل پنجره هاي دوجداره UPVC ، تعداد افراد موجود در هر فضا و نوع فعالیت آنها، تعیین فضاهاي تهویه نشده، میزان نفوذ هوا از جدارها مانند درز پنجره ها و درز زیر درها و ....
مورد نیاز است که در ادامه به اختصار توضیح داده می شود.
-1-2 شرایط طرح داخل و خارج و شرایط جغرافیایی شهر مورد نظر
در این تحلیل براي اقلیم مورد نظر شهر رشت در نظر گرفته شده است.براي شرایط طرح داخل زمستانی ساختمان شبیه سازي شده دماي 24 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شده است. در جدول شماره 1 شرایط طرح خارج و شرایط جغرافیایی شهر رشت آورده شده است.[1]
جدول :1 شرایط طرح خارج و جغرافیایی شهر رشت[1]
زمستان طول عرض ارتفاع از
نام شهر دماي خشک جغرافیایی جغرافیایی سطح دریا
[OF] درجه درجه [ft]
رشت 0 37 49 24
-2-2 مشخصات کامل جدارهاي داخلی، خارجی و پنجره هاي دوجداره UPVC
با توجه به اینکه جدارهاي داخلی و خارجی (دیوارهاي داخلی و خارجی، سقف و کف) از لایه هاي مختلفی تشکیل شده است براي اینکه بتوان ضریب کلی انتقال حرارت جدارهاي اصلی ساختمان را مشخص نمود باید مشخصات حرارتی هرلایه مشخص باشد. پارامترهاي مورد نیاز براي هر لایه چگالی، ضریب انتقال حرارت هدایت و ضریب گرماي ویژه است.در جدول شماره 2 ضریب کلی انتقال حرارت لایه هاي مورد نیاز نشان داده شده است. در دیوارهاي خارجی و داخلی از عایق پلی استایرن و در سقف خارجی از عایق پشم سنگ استفاده شده است.
جدول :2 ضخامت و ضریب کلی انتقال حرارت جدارهاي ساختمان شبیه سازي شده[2]
نام جدار ضریب کلی انتقال حرارت بر حسب w m2k ضخامت جدار [cm]
دیوار خارجی 0/255 26
دیوار داخلی 0/554 15
سقف یا کف داخلی 1/447 35
سقف خارجی 0/543 45
کف در تماس با سطح زمین 1/234 40
پنجرههاي دو جداره که در شبیه سازي ساختمان نمونه استفاده شده اند ازنوع شفاف به ضخامت 4 میلیمتر بوده و از گاز آرگون براي فاصله 12 میلیمتري بین دو شیشه استفاده شده است.
-3-2 تعداد افراد، فضاهاي تهویه نشده و میزان نفوذ هوا
تعداد افراد و نوع فعالیت آنها و نیز فضاهاي تهویه نشده در پلان و جرییات کاربري ساختمان مشخص است براي تعیین بار آنها از استاندارد ASHRAE استفاده شده است. [3] براي تعیین مقدار هواي نفوذي از روش حجمی استفاده شده است. در این روش جهت محاسبه مقدار هواي نفوذي از فرمول زیر استفاده میشود:
V = v × n
در فرمول بالا V حجم هواي نفوذي بر حسب فوت مکعب در ساعت، v حجم اتاق یا محل مورد نظر بر حسب فوت مکعب و n دفعات تعویض هواي اتاق در ساعت می باشد. که تعداد دفعات تعویض (n) در هندبوك Carrier آورده شده است.[4]
-4-2نتایج شبیه سازي ساختمان نمونه
با توجه به موارد توضیح داده شده شبیه سازي ساختمان نمونه در شهر رشت توسط نرم افزار Carrier انجام شده و نتایج کلی شبیه سازي در ادامه آورده شده است. در قسمت شرایط آب و هوایی نرم افزار، شرایط مربوط به شهر رشت وارد شده است. در جدول شماره 3 نتایج مربوط به شبیه سازي آورده شده است.
جدول:3 بار حرارتی و برودتی ساختمان
انواع بار حرارتی در ساختمان بار حرارتی بر حسب kw
بار برودتی مربوط به سرمایش ساختمان 69/2
بار حرارتی مربوط به گرمایش ساختمان 81/2
بار حرارتی مربوط به آب گرم مصرفی ساختمان 37/5
-3 تحلیل اقتصادي
براي تحلیل اقتصادي به کارگیري سیستم گرمایش موضعی به جاي سیستم مرکزي در اقلیم معتدل و مرطوب می توان از روش هاي مختلفی استفاده نمود. تحلیل اقتصادي این طرح می تواند نتایج بسیار حائز اهمیتی داشته باشد. پس باید تحلیل اقتصادي کامل و جامع باشد تا بتوان از آن براي تعیین اقتصادي ترین سیستم تهویه مطبوع استفاده نمود. در این تحلیل از دو روش NPV و بازگشت سرمایه اولیه استفاده شده است. در ادامه این دو روش تشریح می شود.
-1-3 روش ارزش فعلی خالص (Net Present Value)
روش ارزش فعلی خالص یا معادل زمان حاضر، یکی از طرق متداول جهت ارزیابی و مقایسه طرحها میباشد . در این روش جریانهاي وجوه چه به صورت درآمد و چه به شکل هزینه، به مبدا زمان (زمان حال) انتقال مییابند. این امر با توجه به یک حداقل نرخ قابل قبول، که به آن نرخ تنزیل گویند و نشاندهنده ارزش زمانی پول است صورت میگیرد. منظور از زمان حال، ابتداي سال شروع سرمایهگذاري است که در اصطلاح اقتصاد مهندسی، سال صفر نامیده میشود. ارزش فعلی خالص یک پروژه از جمع جبري دو بردار (درآمد و هزینه) بدست میآید. پس از تبدیل جریان نقدي طرحهاي مختلف به زمان حاضر، ارجحیت انتخاب با گزینهاي است که داراي بیشترین ارزش فعلی خالص باشد. در مواردي که درآمد طرحها قابل پیشبینی نباشد، اولویت با طرحی است که داراي کمترین هزینه باشد. بدیهی است در این صورت درآمد کلیه طرحهاي رقیب هر چند که نامعلوم است، ولی مساوي فرض میشوند. ارزش فعلی خالص مطابق رابطه زیر قابل محاسبه میباشد. [5]
که در آن Bt و C t به ترتیب منافع و هزینهها در سال t ، r نرخ تنزیل و T گستره زمانی هستند.
در این نوع تحلیل این نکته بسیار حائز اهمیت است که اگر عدد مربوط به NPV منفی شود. طرح توجیه اقتصادي ندارد و اگر مثبت باشد طرح از لحاظ اقتصادي به صرفه خواهد بود
-2-3 دوره بازگشت سرمایه (Simple Payback)
دراین روش که روشی ساده است، طرحهاي مختلف سرمایهگذاري براساس زمان برگشت سرمایه مقایسه میشوند. زمان برگشت طول مدتی است که منافع پیش بینی شدة یک طرح، هزینه آن را بر میگرداند.[5]
در رابطه بالا B1 سود خالص سال اول، m نرخ افزایش سالیانه سود و n مدت زمان بازگشت سرمایه اولیه بر حسب سال می باشد.
-3-3 هزینه هاي اولیه و جاري در بکارگیري اسپیلت به جاي موتورخانه در اقلیم مرطوب
