گرمایش موضعی گرمایش تشعشعی

یکی از مواردی که همواره باید در برنامه های مدیریت مصرف انرژی به آن پرداخته شود، تامین گرمایشی یا سرمایشی مورد نیاز فضاهای بزرگ است.
ضرورت ایجاد محیطی با شرایط مناسب برای استقرار یا  کار افراد در اماکن عمومی مانند: سالن های نمایش مراکز گردهم آیی و… و واحدهای صنعتی مانند: سالن های تولید، مونتاژ، انبار و … و گاه باعث میشود تا فضای بسیار بزرگی برای تعداد کمی از افراد گرم یا سرد شود که در این صورت مصرف انرژی به طور چشمگیری افزایش می یابد.
این مشکل را به خصوص در مورد تأمین گرمایش، می توان به راحتی در اغلب سالن های بزرگ واحدهای صنعتی کشور مشاهده کرد. به نظر می رسد ساده ترین و کم هزینه ترین روش گرمایش برای جایگزینی با چنین سیستم های رایج گرمایش، استفاده از سیستم های گرمایشی موضعی باشد. در این روش، به جای آنکه کل فضا گرم شود، صرفا محدوده کاری شخصی گرم می شود، به این ترتیب، حجم فضای گرم شده، از حجم کل سالن به حجم فضای پیرامون شخص کاهش یافته و در عین حال افراد نیز از گرمایش مطلوب برخوردار می شوند
روش تأمین و توزیع انرژی گرمایی در سیستم گرمایشی موضعی گستره وسیعی را در بر می گیرد یکی از جدیدترین این روش های گرمایش تشعشعی (Radiant Heating) طبیعت تشعشعی اجسام گرم از دیرباز شناخته شده و امروزه با پیشرفت های خیره کننده فن آوری، موارد کاربردی بسیاری از آن توسعه داده شده است.
اجسام در هر دمایی که باشد، بخشی از انرژی گرمایی خود را به صورت تشعشع با تابش به محیط اطراف خود می پراکنند امواج تابشی ساطع شده از اجسام از نوع امواج الکترومغناطیس است (مانند نور) و لذا برای انتقال نیازی به محیط مادی ندارند. بخشی از این امواج تابشی پس از برخورد به اجسام، توسط آنها جذب شده و مجددا به انرژی گرمایی تبدیل می شود.
به این ترتیب تمام اجسام بسته به مقدار دمايشان در حال تابش مقداری انرژی گرمایی و دریافت مقدار دیگری انرژی تابشی گرمایی از اجسام پیرامون خود هستند. این طبیعت فیزیکی اجسام گرم را می توانید با آزمایشی ساده تجربه کنید. اگر دست خود را در فاصله کمی از یک سطح سرد نگه دارید، متوجه احساس سرما در دست خود می شوید که علت آن از دست دادن انرژی گرمایی دست به صورت تشعشع و دریافت این انرژی توسط سطح سرد است، اساس مکانیزم تأمین گرمایش فضا به روش تشعشعی نیز به همین صورت است.
سطحی که دمای زیادی دارد، انرژی گرمایی را به صورت تابش به محیط پیرامون افراد می پراکند. این امواج با برخورد به افراد مجددا به انرژی گرمایی تبدیل شده و در آنها احساس گرما ایجاد می کند.
اما در سیستم های رایج گرمایشی به روش جابجایی (Convective Heating) به یک محیط مادی هوا به عنوان واسطه دریافت و انتقال گرما نیاز است. در این سیستم گرمایش، ابتدا هوا گرم شده، سپس منتقل می شود و برای تأمین گرمای مطلوب در شخص، ناگزیر کل فضایی را که شخص در آن قرار دارد، شامل: هوای داخل ساختمان، وسایل و تجهیزات داخل ساختمان و خود بدنه ساختمان را نیز گرم می کند. بدیهی است مصرف انرژی در این روش گرمایش نسبت به سیستم گرمایش تشعشعی بسیار بیشتر خواهد بود.

مزایای استفاده از سیستم گرمایش موضعی – تشعشعی در مقابل سیستم های گرمایش جابجایی

• طبق مطالعات انجام شده توسط انجمن مهندسين تهویه مطبوع، گرمایش و تبرید آمریکا (ASHRAE) با استفاده از سیستم گرمایش تشعشعی، احساس گرمای مطلوب در افراد در دمایی حاصل می آید که ۶ تا ۸ درجه فارنهایت کمتر از دمایی است که هنگام استفاده از سیستم های گرمایش جابجایی حاصل می شود. بنابراین با این روش گرمایشی مورد نیاز افراد با صرف انرژی کمتری تأمین می شود

• در سیستم گرمایش جابجایی، هوا به عنوان واسطه انتقال گرما، پس از گرم شدن، سبک شده به سمت سقف ساختمان حرکت میکند و در آنجا با انتقال انرژی گرمایی به سقف و (دیوارها)  سرد و سنگین شده و مجددا به سمت کف ساختمان برمی گردد و این چرخه دائما تکرار می شود به این ترتیب برای آنکه گرمای پیرامون افراد همواره تأمین شود، لازم است تا فضایی که فرد در آن قرار دارد از هوای گرم انباشته شود که این امر مقدار قابل ملاحظه ای تلفات حرارتی از سقف و دیوارهای ساختن را اجتناب ناپذیر می کند. در واقع در سیستم های گرمایش جابجایی اختلاف دمای کف و سقف ساختمان بسیار زیاد است که تماما به صورت تلفات حرارتی به هدر می رود. اما در سیستم گرمایش تشعشعی به دلیل عدم نیاز به واسطه انتقال گرما، اختلاف دمای فضای بین سقف و کف ساختمان بین ۲ تا ۴ درجه فارنهایت است چنانچه گرمایشی از سمت سقف ساختمان تأمین شود، کف ساختمان به این میزان گرمتر خواهد بود و بالعكس

• امکان استفاده از گاز طبیعی در سیستم های گرمایش تشعشعی به عنوان یک حامل انرژی ارزان قیمت، مزیت دیگری است که علاوه بر کاهش هزینه انرژی مصرفی برای گرمایشی در راستای سیاستهای برنامه توسعه ملی مبنی بر توجه به استفاده از گاز طبیعی به عنوان جایگزینی مناسب برای سایر حامل های انرژی، قرار دارد.

• امواج تابشی گرمایی در طول موج های مختلفی منتشر می شوند. بسیاری از طول موج های بلند موجود در امواج تابشی که به شیشه پنجره ها، به ویژه پنجره های با ضریب تشعشعی کم برخورد می کنند، از روی آنها به سمت فضای داخل ساختمان بازتابیده شده و به این ترتیب نمی توانند از سطح پنجره ما خارج شوند، درنتیجه گرمای موجود در ساختمان حفظ شده و تلفات حرارتی به حداقل می رسد. این حالت شباهت بسیاری به اثر گازهای گلخانه ای (Green – House Effect) در سطح زمین دارد

• سرعت عمل گرمایش در سیستم های تشعشعی به مراتب بیشتر از سیستم های گرمایشی جابجایی است در روش های جابجایی، گرم شدن فضا به کندی و پس از گرم شدن کل هوای موجود در محیط صورت می گیرد که همراه با مصرف بیشتر سوخت است اما در روش گرمایش تشعشعی، گرمای تولیدی مستقیما افرادی را که در منطقه گرمایش قرار دارند گرم می کند، این امر علاوه بر صرفه جویی زیاد در مصرف انرژی، زمان لازم برای شروع به کار پرسنل را نیز به حداقل می رساند

• و مکانیزم گرمایش موضعی- تشعشعی

• هر چه اختلاف دمای هوای داخل و خارج ساختمان بیشتر شود مقدار نفوذ هوای سرد از بیرون ساختمان به داخل ساختمان از طریق شکاف های بین پنجره ها، درها و افزایش یافته و در نتیجه اتلاف حرارت نیز بیشتر میشود اتلاف حرارت از طریق نفوذ هوای سرد در سیستم تشعشعی به مراتب کمتر است زیرا در این روش، هدف گرم کردن هوای داخل ساختمان نیست بلکه افراد مستقیما گرمای تابشی را دریافت می کند. به عبارتی افراد قبل از گرم شدن هوای داخل ساختمان گرم میشوند.
بنابراین ترموستات ها در درجه حرارت کمتری تنظیم شده و بر همین مبنا نیز عمل می کنند در نتیجه با کاهش اختلاف دمای هوای داخل و خارج ساختمان مقدار نفوذ هوای سرد نیز کمتر می شود.

• باز و بسته شدن پی در پی درب های بزرگ انبارها سوله ها و مبادی ورود و خروج مود اوليه و کالا به از واحدهای صنعتی با تجاری همواره با نفوذ حجم بسیار زیادی از هوای سرد بیرون به داخل فضای گرم شده توسط سیستم های رایج گرمایش همراه است که اتلاف انرژی را به طور قابل ملاحظه ای افزایش می دهد. جهت مقابله با این مشکل، در سیستم های گرمایشی جابجایی معمولا” از تجهیزاتی برای افزایش کارایی گرمایش استفاده می شود، مانده درب های اتوماتیک با سرعت باز و بسته شدن زیاد، پرده های هوایی و … که ضمن هزینه بر بودن خود مصرف کننده انرژی تیز هستند. علم تأثیر پذیری یا تأثیر پذیری کم سیستم گرمایش تشعشعی از جریان هوا مزیت دیگر این سیستم به شمار می آید.

• در اماکن عمومی و واحدهای تجاری، با هر بار تعویض هوا (verification) مقدار زیادی انرژی گرمای موجود در هوا به بیرون تخلیه می شود اما از آنجا که در سیستم های گرمایش تشعشعی انرژی گرمایی تابشی جذب هوای محیط نمی شود یا به مقدار بسیار ناچیزی جلب می شود تعویض هوا نیز با اتلاف انرژی همراه نخواهد بود.

• سیستم گرمایش تشعشعی تاثیری بر مقدار رطوبت موجود در هوای داخل ساختمان، به ویژه ساختمانهای مسکونی نمی گذارد در این روشی گرمایش، از یک سو مقدار نفوذ هوای سرد و خشک بیرون ساختمان به داخل کاهش یافته و از سوی دیگر هوای گرم مورد نیاز ساختمان از طریق احتراق در بخاری،شومینه و … (که حاصل آن هوای گرم و خشک) تأمین نمی شود لذا با ثابت ماندن مقدار رطوبت موجود در ساختمانهای مسکونی نیازی به افزایش رطوبت در این سیستم گرمایش وجود ندارد که این امر به کاهش مصرف انرژی می انجامد.

•  سیستم گرمایش به روش تشعشعی بدون ایجاد موانع فیزیکی، منطقه بندی حرارتی ( Zone) سالن های بزرگ صنعتی را امکان پذیر می سازد. این امر به خصوص در انبارها و سالن های تولید که در آنها جابجایی مداوم افراد و کالاها اجتناب ناپذیر هستند، مزیتی عمده محسوب می شود.

مکانیزم گرمایش جابجایی
جریان انرژی گرمایی و اتلافات نفوذ هوای سرد

• در گرمایش به روش جابجایی امکان کنترل و جهت دهی به حرکت هوای گرم وجود ندارد و ورود هوای گرم تولیدی به فضاهای ناخواسته نیز اجتناب ناپذیر است. بدیهی است این امر باعث اتلاف انرژی و افزایش مصرف سوخت می شود در صورتی که در سیستم های گرمایش تشعشعی امکان کنترل منطقه ای گرمایش وجود دارد.

• سیستم های گرمایش مرکزی به دلیل ضرورت استفاده از شبکه کانال های انتقال هوای گرم و مطبوع، همواره با خطر انباشت ذرات ریز معلق در هوا و رشد و پراکندگی موجودات زنده میکروسکوپی در فضای داخل ساختمان همراه است. در حالی که در گرمایش تشعشعی چنین مشکلی پیش نمی آید. ضمن آنکه تولید و توزیع گرمای مورد نیاز به این روش بدون سر و صدا صورت می گیرد و به علاوه مشکل سرعت جریان هوای گرم (از دریچه های توزیع) كه در سیستم های حرارت مرکزی امری اجتناب ناپذیر است نیز منتفی می شود. به این ترتیب سیستم گرمایشی تشعشعی نسبت به روش های دیگر گرمایش، گرمای سالم تری را تامین می کند. این امر به افزایش بهره وری کار پرسنل واحدهای صنعتی و تجاری می انجامد. حتی صرف نظر مسئله بهره وری انرژی، تأمین گرمایش سالم و حفظ کیفیت هوا  متناسب با استانداردهای مورد نیاز برخی منابع خاص مانند: داروسازی، صنایع غذایی، کارگاه های رنگ، مرغداری ها و … ضرورت وجودی سیستم های گرمایش تشعشعی را نشان می دهد.

• فضای اشغال شده توسط تجهیزات و تأسیسات سیستم های گرمایش جابجایی شامل: موتورخانه شبکه لوله ها و کانال های انتقال گرما و … به مراتب بیشتر از سیستم های تشعشعی است.  ابعاد تجهیزات سیستم های تشعشعی عموما کوچکتر بوده و از سوی دیگر با نصب شدن در سقف یا کف ساختمان، نقشی در اشغال فضای مفید و قابل استفاده نخواهند باشند بدیهی است این امر در کاهش هزینه لازم برای تخصص فضای مورد نیاز تاسیسات ذکر شده تاثیر بسازیی دارد .

• گرمایش مستقیم افراد توسط سیستم گرمایش تشعشعی و عدم نیاز به شبکه کانال ها و لوله های انتقال و توزیع انرژی گرمایی باعث می شود نا بازده گرمای هیترهای تشعشعی نسبت به بازده گرمایی تاسیسات حرارت مرکزی که انرژی گرمایی در مسیر تولید انتقال و توزیع آن به انحاء مختلف به هدر می رود بیشتر شود .

•  در سیستم های گرمایش تشعشعی، مشکلات مربوط به تأسیسات جانبی سیستم های گرمایش جابجایی مانند سختی آب، یخ زدگی لوله ها و کانال ها، عایق کاری و … وجود ندارد و از این نقطه نظر خسارتی نیز متوجه سیستم گرمایش تشعشعی نمی شود (مانند ترکیدگی لوله های)

• سیستم گرمایش تشعشعی هر چند از فن آوری پیشرفته تری نسبت به سیستم گرمایش جابجایی برخوردار است، امادر عین حال سادگی بیشتری نیز دارد. سادگی ساختار سیستم تشعشعی هزینه نصب و راه اندازی را به طور چشمگیری کاهش داده و مدت زمان لازم به این منظور را به حداقل می رساند.

• بدلیل سادگی ساختار سیستم گرمایش تشعشعی، تعمیر و نگهداری آن در مقایسه با سیستم گرمایش جابجایی که شامل تاسیسات حجیم و پیچیده بخار و آب و شبکه کانال های هوا لوله ها و … است، بسیار ساده تر بوده و در نتیجه هزینه کمتری را نیز در پی خواهد داشت.

•  ساختمان ساده سیستم های گرمایش تشعشعی از اجزاء بسیار کمتری نسبت به سیستم های گرمایش جابجایی برخوردار است. به همین لحاظ عملکرد این سیستم ها با فرسودگی کمتری همراه بوده که این امر طول عمر سیستم افزایش می دهد. از سوی دیگر در صورت از کار افتادن بخشی از سیستم گرمایش تشعشعی، تعمیر یا تعویض قطعات مربوط به آن بخش با هزينه کمتری انجام می گیرد.

• استقلال عمل سیستم های گرمایش تشعشعی، کم حجم بودن آنها و ظرفیت های گرمایی مختلف هیترهای تشعشعی استفاده از آنها را در ساختمان های قدیمی، جدید و طرح های توسعه و همچنین ساختمان های با کاربری اداری، تجاری، مسکونی و صنعتی امکان پذیر می سازد.

• هر یک از واحدهای سیستم گرمایش تشعشعی به صورت مستقل عمل می کند. این امر از یک سو باعث می شود ناقص عملکرد یک واحد تاثیری در عملکرد واحدهای دیگر نداشته باشد و از سوی دیگر تأمین و توزیع انرژی گرمایی بر حسب اختیارات و تصمیمات مدیران واحدهای صنعتی و تجاری، از انعطاف پذیری بیشتری برخوردار گردد.

•  مصرف کمتر انرژی، آلودگی کمتر محیط زیست را در پی دارد. استفاده از سیستم گرمایشی تشعشعی از این نقطه نظر نیز حائز اهمیت است.