مقاله صرفه جویی در مصرف انرژی منازل با جایگزینی سیستم گرمایش از کف به جای سیستم رادیاتور

بخشی از مقاله

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

صرفه جویی در مصرف انرژي منازل با جایگزینی سیستم گرمایش از کف به جاي سیستم رادیاتور
چکیده - مقاله حاضر به بررسی امکان جایگزینی سیستم رادیاتور با سیستم گرمایش از کف می پردازد. محاسبات انتقال حرارت براي یک اتاق به عنوان نمونه مطالعاتی انجام شده است. نتایج محاسبات حاکی از آن است که با استفاده سیستم گرمایش از کف 15 تا 30 درصد نسبت به سیستم متداول رادیاتور می توان صرفه جویی در مصرف انرژي داشت.
کلمات کلیدي: انتقال حرارت، صرفه جویی در مصرف انرژي، گرمایش از کف، گرمایش خانه.

مقدمه
امروزه با توجه به افزایش هزینه هاي انرژي و نیاز روز افزون به آن، بحث بهره وري و صرفه جوئی انرژي اهمیت خاصی یافته است. به همین منظور همواره سعی در این بوده تا طراحی هاي صورت گرفته در راستاي کاهش مصرف انرژي دستگاه ها انجام پذیرد.5 در اینجا نیز تلاش شده، تا یکی از روش هاي گرمایشی منزل مورد بحث قرار گیرد، سپس این سیستم از لحاظ مصرف انرژي و سلامت با سیستم هاي دیگر مقایسه خواهد شد.
ضرورت آشنایی با سیستم هاي گرمایش از کف، با افزایش روز افزون جمعیت، کاهش منابع انرژي و مصرف بهینه انرژي امري بدیهی است. این سیستم در مقایسه با سایر سیستم هاي حرارتی نه تنها در صرفه جویی و بهینه سازي مصرف انرژي، بلکه در مقوله رفاه و آسایش ساکنان ساختمان ها داراي نقاط قوت بسیاري می باشد. در سالهاي اخیر، سیستم گرمایشی از کف در کشورهاي اروپایی و آمریکا بسیار متداول شده است، و دلیل این گسترش روز افزون، اقتصادي بودن توزیع یکسان گرما در تمامی سطح و فضا و دوري از مشکلات موجود در سایر روش ها، (به عنوان مثال سیاه شدن دیوارها، گرفتگی و پوسیدگی لوله ها و ...) می باشد. استفاده از این روش از دیر باز به طرق مختلف انجام می گرفته است. بطوریکه رومی ها زیر کف را کانال کشی کرده و هواي گرم را از آن عبور می دادند، و کره اي ها دود حاصل از سوخت را قبل از این که از دودکش عبور کند از زیر منزل انتقال می دادند. در کشور ایران نیز در مناطق کوهستانی و سردسیر از جمله آذربایجان این روش مورد استفاده قرار می گرفته، که بیش ترین مورد استفاده آن در حمام ها بوده است. به طور کلی سه روش براي گرمایش از کف موجود است:
1ـ گرمایش با هواي گرم.
2ـ گرمایش با جریان الکتریسته.
3ـ گرمایش با آب گرم.
به دلیل اینکه هوا نمی تواند گرماي زیادي در خود نگه دارد، روش هواي گرم در موارد مسکونی چندان به صرفه نیست و روش الکتریکی زمانی مقرون به صرفه است که قیمت انرژي الکتریکی کم باشد.
معمولاً دماي آب گرم موجود در لوله هاي کف خواب بین 30 تا 60 درجه سانتیگراد می باشد که در مقایسه با سایر روش هاي موجود که دماي آب بین 54 تا 71 درجه سانتیگراد است، 20 تا 40 درصد در مصرف انرژي صرفه جویی می شود. در ساختمان هایی که داراي سقف بلند هستند استفاده از سیستم گرمایش از کف باعث کاهش مصرف انرژي و صرفه جویی در مصرف سوخت می شود، به این دلیل که در سایر روش ها مانند رادیاتور و بخاري هواي گرم در اثر کاهش چگالی سبک شده و به سمت سقف می رود و اولین جایی را که گرم می کند سقف است. به علت بالا بودن دماي هوا در کنار سقف میزان انتقال حرارت آن به سقف از همه جا بیش تر است، و این عامل باعث اتلاف مقدار زیادي انرژي می شود. در روش گرمایش از کف ابتدا قسمت پایین که مورد نیاز ساکنین است گرم می شود و هوا در دماي کمتري به سقف می رسد، که یکی از مزایاي اصلی این سیستم است.6 
مقاله حاضر میزان اتلاف انرژي و بازدهی را در سیستم رادیاتور و گرمایش از کف مورد بررسی قرار داده و نتایج دو قسمت را با هم مقایسه می نماید.
محاسبه تلفات انرژي و انرژي مرود نیاز براي سیستم رادیاتور:

اتاقی با ابعاد را در دماي مطلوب20 c در نظر گرفته و فرض می شود دماي متوسط بیرون در منزل در طول شبانه روز -5c باشد. (این فرض براي فصل زمستان عددي منطقی است.) سایر شرایط به شرح زیر است:
ـ دیوار خارجی از آجر با نماي سنگ با 2cm اندود به ضخامت 30cm است.
ـ پنجراه شمالی آهنی با شیشه 1.5 1.5m2 وپنجره جنوبی آهنی با شیشه 1.5 2m2می باشد.
ـ کف از بتن و سقف از بتن که با آسفالت و اندود گچ در داخل به ضخامت 15cm است.
بـا اسـتفاده از مرجـع1 مقـدار بـراي قسمت هاي مختلف به شرح زیر است:
دیوار خارجی 1.28
پنجره فلزي 5.82
کف بتنی 1.74
سقف 2.56
اتلاف حرارت از قسمت شمالی:
 2.25m2 سطح پنجره شمالی

 9.75m2 سطح دیوار شمالی

اتلاف حرارتی از قسمت جنوبی:
 3m2 سطح پنجره جنوبی
 9m2 سطح دیوار جنوبی

اتلاف حرارتی از غرب و شرق:

اتلاف حرارت از کف منزل:
دماي عمق زمین را به دلیل آبهاي زیر زمینی 10 c در نظر گرفته و با توجه به پروفایل دماي نشان داده شده در شکل (1) دماي میانگین پایین برابر 20o c در نظر گرفته می شود:

اتلاف حرارت از سقف:
با توجه به پروفایل دماي شکل (1) دماي میانگین بالا برابر 21o c در نظر گرفته می شود:

کل اتلاف حرارتی برابر است با:

در سیتم هایی مانند رادیاتور به منظور عدم فرسودگی زودرس تجهیزات، مدت زمانی از شبانه روز سیستم را خاموش می کنند، که باعث تلف شدن انرژي حرارتی می شود. براي محاسبه این تلفات، انرژي بدست آمده را را در ضریبی، بنام ضریب انقطاع ضرب می کنند . ضریب انقطاع براي سیستم رادیاتور 1.07 است.2 

در مورد ساختمانهایی که ارتفاع بیش تري دارند یا چند طبقه اند یک ضریب ارتفاع یا طبقه در میزان کل اتلاف حرارتی ضرب می شود. در مورد ساختمان چند طبقه می توان اتلاف حرارتی از سقف طبقه هاي پایین را نادیده گرفت.2 
با استفاده از جداول مربوط به طراحی سیستم رادیاتور1، به یک رادیاتور 29 پره با ابعاد 200 600m2 نیاز است که میزان گرماي تامین شده بوسیله آن است. هر پره آب نیاز دارد.که در مجموع آبموجود در شوفاژ است. دماي آب داخل رادیاتور 80 c است . و با فرض 10c براي دماي آب شهري و قرار دادن دانسیته در این دما:

گرماي مورد نیاز که به ازاي تلفات یک ماه باید تامین شود، برابر است با:

پس کل گرمایی که باید تأمین شود برابر مجموع گرماي راه اندازي اولیه و گرماي فوق است:

محاسبه تلفات و انرژي مورد نیاز براي سیستم گرمایش از کف:
اتلاف حرارتی از قسمت هاي شمالی، جنوبی،
شرقی و غربی مانند سیستم رادیاتور محاسبه می شود:
اتلاف حرارتی از قسمت شمالی:
q1  639.38watt
اتلاف حرارتی از قسمت جنوبی:
q2  724.5watt
اتلاف حرارتی از قسمت شرقی و غربی:
q3  960watt
اتلاف حرارتی از سقف:
با توجه به پروفایل دمایی شکل (1)، دماي متوسط بالا 16oc در نظر گرفته می شود.
q4 UA∆T  2 . 5620211075.2watt
از کف منزل تلفاتی وجود ندارد و فقط تلفات انرژي مربوط به زیر لوله ها بایستی محاسبه شود.
تلفات ناشی از دیوارها و سقف برابر است با:
qlosst  q1  q2  q3  q4  3399.08watt