برای تأمین هر چه بهتر شرایط آسایش حرارتی در داخل ساختمان، میتوان متناسب با نوع کاربری، سیستمهایی با قابلیت کنترل مستقل در فضاهای مختلف طراحی کرد. هر فضا یا مجموعهای از فضاها که کنترل دمایی آنها بهصورت مستقل انجام میشود، یک «منطقه» یا «زون» نامیده میشود.
در این مقاله با چگونگی منطقهبندی یا زونبندی ساختمان، عوامل مؤثر بر انتخاب منطقه و ملاحظات تعیین محل ترموستات در منطقه آشنا میشویم.
منطقه یا زون (Zone) چیست؟
فضا لزوماً نباید با تیغه یا دیوار از باقی اتاقها جدا شده باشد. فضا حتی میتواند بخشی از یک اتاق یا فضای داخل کابین یک هواپیما باشد.
یک زون به قسمتی گفته میشود که سیستم تهویه مطبوع آن با یک حسگر — معمولاً ترموستات — کنترل میشود. ترموستات بهطور مستقیم یا غیرمستقیم دمای منطقهای که در آن نصب شده را کنترل میکند.
یک منطقه میتواند شامل چند فضا باشد؛ مثلاً یک راهرو و چند اتاق که با یک ترموستات در یک اتاق کنترل میشوند، یک منطقه محسوب میشوند. یک منطقه ممکن است قسمتی از یک فضا هم باشد، مثلاً فضای نزدیک یک پنجره بزرگ در یک اداره بزرگ.
برای تأمین شرایط مطلوب در یک منطقه میتوان از یک سیستم مجزای محلی یا یک سیستم مرکزی با قابلیت کنترل مجزای هر منطقه استفاده کرد. مثالهایی از منطقه و فضا در جدول ۱ آمده است.
| فضا | مناطق | دلایل منطقهبندی یا زونبندی |
| سالن اجرای تئاتر زنده | ۱. محل نشستن تماشاگران ۲. سن (سکوی نمایش) | تماشاگران نیاز به گرمایش و سرمایش دارند. در قسمت سن، به دلیل روشن شدن لامپها، نیاز به سرمایش بسیار زیاد است. |
| فضای داخل سالن اسکیت روی یخ | ۱. محل حضور تماشاگران ۲. سطح یخی سالن ۳. فضای بالای سالن | تماشاگران نیاز به گرمایش و تهویه دارند. برای جلوگیری از آب شدن یخ، نیاز به دمای پایین و جریان هوای کم است. برای جلوگیری از تشکیل مه و کاهش دید، کنترل رطوبت ضروری است. |
| ساختمان اداری بزرگ | ۱. فضای نزدیک پنجره ۲. مناطق داخلی ساختمان | افراد کنار پنجره، در تابستان و زمستان تحت تأثیر شرایط هوای بیرون قرار میگیرند. مناطق داخلی از افراد، روشنایی و وسایل حرارتی بیشتر تأثیر میپذیرند. |
| مساجد یا کلیساهای بزرگ | ۱. ارتفاع کمتر از ۱٫۸ متر ۲. ارتفاع بالاتر از ۱٫۸ متر | از کف تا ارتفاع ۱٫۸ متر که محل حضور افراد است، سرمایش و گرمایش لازم است. در ارتفاع بالاتر، نیاز به تهویه مطبوع نیست. |
| فرودگاه | ۱. سالن اصلی ۲. بخش بازرسی ۳. فروشگاههای داخل سالن ۴. سالن انتظار مسافران | فرودگاه نمونهای از کاربری با محیط بزرگ و پرجمعیت است که هر بخش نیاز سرمایشی و گرمایشی متفاوتی دارد؛ طراحی هر فضا باید متناسب با شرایط آن انجام شود. |
جدول ۱ – مثالهایی از فضا و مناطق و دلایل منطقهبندی
روش منطقهبندی یا زونبندی فضاهای ساختمان
منطقهها انواع و نیازهای مختلفی دارند. دستهبندی هر منطقه به شاخصهایی بستگی دارد که باید در آن کنترل شوند: دما، رطوبت، تأمین هوای تازه، زمانبندی کارکرد سیستم، محافظت در برابر یخزدگی، تأمین فشار هوا و نیازهای خاص منطقه.
بیشترین دلیل زونبندی در یک ساختمان، تأمین نیازهای حرارتی و برودتی است. فرض کنید ساختمانی این ویژگیها را دارد:
- عایقکاری خوب
- سازهای چند طبقه با نقشههای تیپ در هر طبقه
- پنجرههای بزرگ در نمای خارجی
- بار کم با وجود افراد و وسایل داخل ساختمان
- موقعیت اقلیمی در نیمکره شمالی
در این مثال، ابتدا نیاز فضای پیرامونی ساختمان در طبقات میانی را در نظر میگیریم؛ این نیاز در طول یک روز تابستانی تغییر میکند. علت این تغییرات، جذب گرمای ناشی از تابش خورشید است که به آن «بهره گرمایی» میگویند.
هدف طراحی سیستمهای تهویه مطبوع، رسیدن به دمای نقطه تنظیم است؛ یعنی دمایی که ترموستات برای رسیدن و ثابت نگهداشتن آن تنظیم شده است. صبحها خورشید به نمای شرقی، شمالشرقی و جنوبشرقی میتابد؛ بنابراین این نماها در یک روز تابستانی نیاز سرمایشی بیشتری دارند.
با نزدیک شدن به ظهر، خورشید به سمت جنوب میرود و نماهای جنوب، جنوبشرقی و جنوبغربی را گرم میکند؛ در همین حین منطقه شمالشرقی گرمای کمتری دریافت میکند. با گذشت ظهر، تابش خورشید بیشترین تأثیر را روی نماهای غرب، جنوبغربی و شمالغربی میگذارد.
ملاحظات مربوط به زونبندی یا منطقهبندی
در نیمکره شمالی، همه مناطق ساختمان بهجز مناطق شمالی در معرض تابش خورشید و بهره گرمایی آن هستند. دو منطقه شمالی بیشتر به عوامل دیگری مثل دمای هوای خارج و بارهای داخلی ناشی از روشنایی و حضور افراد وابستهاند.
چون هوای خارج و بارهای داخلی در همه فضاهای این ساختمان یکسان است، دو منطقه شمالی میتوانند با یک ترموستات کنترل شوند و مانند یک منطقه عمل کنند. همین وضعیت برای دو منطقه جنوبی هم برقرار است. بقیه فضاها هر کدام تغییرات حرارتی مخصوص به خود دارند و باید جداگانه و با ترموستات مستقل کنترل شوند. با این تقسیمبندی، شش منطقه به دست میآید.
اما در عمل، شش منطقه مجزا از نظر اقتصادی مقرونبهصرفه نیست. طراح میتواند نماهای شمالی و شمالشرقی را با هم یکی کند، چون در اول صبح با کمی گرمایش بیشتر هر دو نما پوشش داده میشوند. به همین ترتیب نماهای جنوب و جنوبشرقی، و نیز جنوبغربی و شمالغربی، قابل ترکیب هستند؛ چون بهره گرمایی مشابهی در طول روز دارند.
به این شکل شش منطقه به سه منطقه کاهش مییابد که هم از نظر کنترل حرارتی و هم عایقکاری صرفه اقتصادی بیشتری دارد. ایجاد تعادل بین هزینه و عملکرد، چالش همیشگی طراح سیستمهای تهویه مطبوع است؛ کاهش بیش از حد تعداد مناطق قابلیت عملکرد سیستم را کم میکند و افزایش بیش از حد آن هزینه اولیه و نگهداری را بالا میبرد.
سقف و مناطق داخلی
مناطق داخلی ساختمان در طبقات میانی قرار دارند و با فضاهای تهویهشده احاطه شدهاند؛ به همین دلیل معمولاً به گرمایش نیاز ندارند. در اقلیمهای سرد، مناطق بیرونی به گرمایش نیاز دارند، اما مناطق میانی به دلیل حضور افراد باز هم به سرمایش نیاز دارند. این تفاوت میتواند طراح را به جداسازی سیستم تهویه مطبوع فضاهای داخلی سوق دهد.
مناطقی که در بالاترین طبقه ساختمان قرار دارند، به دلیل وجود بام در بالای خود، در زمستان با اتلاف گرما و در تابستان با بهره گرمایی خورشید روبهرو هستند. به همین دلیل نیاز حرارتی این بخشها معمولاً بیشتر از سایر مناطق است.
انتخاب شیوه منطقهبندی، همیشه یک مصالحه میان سود و هزینه است. در حالت ایدهآل هر فرد کنترل حرارتی مستقل دارد، اما این کار در عمل اجرایی نیست. طراح میتواند با ترکیب مناطق مختلف، هزینههای اولیه را کاهش دهد. منطقهبندی به عوامل بسیار بیشتری از بهره گرمایی بستگی دارد که در ادامه بررسی میشوند.
تغییرات دمایی
تغییرات دمایی با عوامل زیر در ارتباط است:
بهره گرمایی ناشی از تابش خورشید
بهره گرمایی ناشی از تابش خورشید در ساعتهای مختلف روز، متناسب با قرارگیری پنجرهها، نیاز حرارتی مناطق مختلف ساختمان را تغییر میدهد.
بهرهها یا تلفات گرمایی از دیوارها و بام
مناطق زیر بام، در تابستان و زمستان نسبت به سایر مناطق ساختمان نیاز بیشتری از نظر سرمایش و گرمایش دارند.
وضعیت حضور افراد در ساختمان
کاربری فضا و اهمیت آن، از دیدگاه کنترل دما در منطقهبندی، اهمیت زیادی دارد.
تجهیزات الکتریکی و بار ناشی از آنها
محل استقرار تجهیزاتی که در حین کار گرمای زیادی تولید میکنند، گاهی باید یک منطقه مجزا در نظر گرفته شود. مثلاً اضافه کردن کامپیوتر یا سرور به یک فضا، دمای آن را بالا میبرد و نیاز سرمایشی را افزایش میدهد. جدا کردن این بخشها کنترل نیاز حرارتی را بهبود میبخشد.
جلوگیری از انجماد در هوای سرد
در اقلیمهای سردسیر، سطح بام و دیوارهای خارجی انتقال گرما به بیرون را افزایش میدهند. جداسازی محیط داخلی و خارجی، تلفات حرارتی از پوسته خارجی ساختمان را کاهش میدهد.
تهویه با هوای خارج
اشغال فضا توسط افراد: در یک ساختمان اداری معمولی، بار حرارتی و تغییرات آن نسبت به یک سالن کنفرانس کمتر است. سالنهای کنفرانس از نظر زمان استفاده و بار حرارتی و برودتی باید یک منطقه جداگانه در نظر گرفته شوند.
هوای خروجی از رختشویخانه: رختشویخانه باید جداگانه و با یک خروجی مستقل تهویه شود. هوای خروجی این بخش میتواند از فضاهای اطراف ساختمان هم تأمین شود.
تخلیه هوا از طریق هودها و هواکشها: برخی تجهیزات ساختمان بهصورت تماموقت کار میکنند، نه فقط در ساعات اداری. برای این کاربردها میتوان آنها را منطقههای جداگانه در نظر گرفت یا سیستم مستقل برایشان طراحی کرد.
زمان کارکرد
طبق برنامه زمانی: در بیشتر ساختمانها زمان کاری متناسب با نیاز کاربری متفاوت است؛ مثلاً یک ساختمان اداری در ساعات اداری سرویس کامل نیاز دارد، در حالی که سازمانی مثل سازمان هواشناسی به زمانبندی بیستوچهار ساعته نیاز دارد. در این شرایط، منطقهبندی برای کارهای زمانبندیشده مفید است.
کنترل یا آغاز به کار دستی: برخی فضاها فقط بر حسب نیاز، نه بر اساس برنامه زمانی مشخص، به کار گرفته میشوند. برای چنین کاربردهایی، منطقهبندی با هدف کنترل دستی عملکرد مؤثرتر است؛ آغاز به کار سیستم میتواند با حسگر حضور یا کلید دستی باشد. برای مثال، سالن اجتماعات کماستفاده در یک دانشگاه، معمولاً با کلید دستی راهاندازی میشود.
رطوبت
جلوگیری از قارچ و کپک در آبوهوای گرم و مرطوب: رطوبت هوا میتواند از درزهای دیوار، پنجره و در به داخل ساختمان نفوذ کند. این رطوبت بدون حضور دستگاه رطوبتگیر میتواند به اجزای داخلی آسیب بزند، احتمال رشد قارچ و کپک را افزایش دهد و عمر سازه را کوتاه کند.
در هر منطقه، برای اندازهگیری رطوبت نسبی هوا و کنترل رطوبت میتوان از حسگرهای رطوبت استفاده کرد. با افزایش رطوبت از حد مجاز، این حسگرها سیستم رطوبتگیر را فعال میکنند. طراحی سیستم حتی میتواند بهگونهای باشد که در نبود افراد، رطوبتگیری بدون تهویه انجام شود.
کنترل رطوبت در موزهها و گالری آثار هنری: در این کاربردها، کنترل رطوبت محل نگهداری و نمایش آثار اهمیت زیادی دارد. کنترل دقیق رطوبت در ساختمانهای اداری، رستورانها یا انبارها لازم نیست، اما در موزهها و گالریها باید یک سیستم رطوبتگیری در نظر گرفته شود.
فشار
بهطور کلی، جریان هوا همیشه از بخش پرفشار به قسمت کمفشار حرکت میکند. از این نکته میتوان برای کنترل حرکت ذرات آلاینده در هوا استفاده کرد.
مثلاً در بیمارستان، ایجاد فشار منفی در بخش بیماران مبتلا به سل، مانع انتقال عوامل بیماریزا از طریق هوا به فضاهای اطراف میشود. برای آشپزخانه، اتاق استعمال دخانیات یا توالت هم فشار منفی از خروج هوای آلوده و بوی نامطبوع به فضاهای دیگر جلوگیری میکند. در اتاق ظهور عکس، افزایش فشار داخل نسبت به فضاهای مجاور، از ورود گردوغبار و کاهش کیفیت عکس جلوگیری میکند.
مشکلات منطقهبندی یا زونبندی
یکی از مشکلات رایج در زونبندی فضاهای ساختمان، تغییر کاربری ساختمان بعد از طراحی و اجرای اولیه سیستم است. طراح باید طرحی ارائه دهد که هم از نظر اجرایی و عملکردی، و هم از نظر اقتصادی توجیهپذیر باشد.
روش کنترل منطقههای ساختمان
رایجترین وسیله برای کنترل وضعیت دمایی هر منطقه، ترموستات است. ترموستات باید در محلی نصب شود که نماینده خوبی از تمام نقاط آن منطقه باشد و معمولاً روی دیوار نصب میشود.
نکته مهم این است که ترموستات فقط یک حسگر است و عملکرد هوشمند ندارد؛ نمیتواند بر همه اتفاقات داخل منطقه تسلط داشته باشد. در ادامه به نکاتی که در انتخاب محل ترموستات باید رعایت شود اشاره میکنیم:
- اگر ترموستات در معرض تابش مستقیم خورشید باشد، دمای بالاتری نشان میدهد؛ در نتیجه سیستم بیش از حد فضا را خنک میکند و افراد احساس سرما میکنند. این وضعیت هزینه سرمایشی را هم بدون دلیل افزایش میدهد.
- در بسیاری از هتلها، ترموستات بالای در اتاق نصب میشود؛ باز و بسته شدن در بر عملکرد ترموستات و دمایی که حس میکند تأثیر میگذارد.
- در برخی اتاقهای کنفرانس، ترموستات بالای دیمر لامپ نصب میشود و گرمای کارکرد آن را دریافت میکند؛ در نتیجه دمای اتاق بیش از واقعیت اندازهگیری میشود. اگر روشنایی دائم روشن بماند، تنظیم مجدد ترموستات مشکل را حل میکند؛ اما با روشن و خاموش شدن مکرر لامپها، دمای اندازهگیریشده هم دائم تغییر میکند.
- نصب ترموستات روی دیوار خارجی میتواند مشکلساز باشد؛ تابش مستقیم خورشید به دیوار خارجی باعث میشود دمای ترموستات بیشتر از دمای واقعی اتاق اندازهگیری شود. نتیجه این خطا، احساس سرمای ناخوشایند برای ساکنان در تابستان و برعکس آن در زمستان است.
- اگر ترموستات نزدیک وسایل گرمکننده نصب شود، دمای بالاتری اندازهگیری میکند و دمای واقعی اتاق سردتر از حد قابل قبول میماند. مثلاً نزدیکی به یک دستگاه چاپگر که روشن و خاموش میشود، ثابت نگهداشتن دمای اتاق را دشوار میکند.
- اگر ترموستات درست مقابل وسایل گرمایشی یا سرمایشی نصب شود، نمیتواند دمای مطبوع واقعی اتاق را تشخیص دهد؛ چون باد سیستم مستقیم به آن میخورد و باعث واکنش نادرست میشود.
- اگر سیستم برای فصل گرم تنظیم شده باشد، هنگام کار در فصل سرد دما گرمتر از حد مطبوع خواهد بود و نیاز به تنظیم مجدد دارد؛ این مشکل معمولاً در تغییر فصل رخ میدهد.
- ترموستاتهای دیواری معمولاً با یک کابل به سیستم کنترل وصل میشوند؛ سوراخ یا کانال عبور این کابل میتواند باعث وزش هوا به ترموستات و خطا در عملکرد آن شود.
- نصب ترموستات نزدیک پنجره هم میتواند دمای حسشده را به دلیل وزش باد دستخوش تغییر کند.
رطوبت
در مورد رطوبت هم همه این نکات مانند دما صدق میکند، با این تفاوت که برای کنترل رطوبت از هیومیدیستات استفاده میشود. نصب هیومیدیستات در مکان نامناسب، کنترل ضعیف رطوبت را در پی دارد. با افزایش دما رطوبت نسبی هوا کاهش مییابد و با کاهش دما رطوبت نسبی افزایش پیدا میکند.
بهطور خلاصه، منطقهبندی درست یک ساختمان از ابتدای طراحی سیستم تهویه مطبوع باید در نظر گرفته شود؛ چون هم روی مصرف انرژی و هم روی آسایش افراد داخل ساختمان تأثیر مستقیم دارد.
تحریریه تیم فنی مهندسی به فیکس
