مکانیزم‌های انتقال انرژی در ساختمان هدایت حرارتی
👷مکانیزم‌های انتقال انرژی در ساختمان هدایت حرارتی: اولین میکانیزم انتقال انرژی هدایت حرارتی یکی از اصلی‌ترین روش‌های انتقال انرژی در ساختمان است که به طور مستقیم با مصالح ساختمانی ارتباط دارد.
این پدیده زمانی رخ می‌دهد که گرما از طریق تماس مستقیم بین اجزای جامد ساختمان منتقل می‌شود.
برای درک بهتر این مفهوم، می‌توان به تجربه لمس یک فنجان چای داغ اشاره کرد.
زمانی که دست ما با بدنه فنجان تماس پیدا می‌کند، گرما از طریق هدایت به دست ما منتقل می‌شود.”امین زی لیکدود“
در ساختمان، هدایت حرارتی از طریق تمام سطوح جامد از جمله دیوارها، سقف، کف، پنجره‌ها و درها اتفاق می‌افتد.
میزان این انتقال حرارت به عوامل مختلفی بستگی دارد. مهم‌ترین عامل، ضریب هدایت حرارتی مصالح است.
مصالحی مانند فلزات، هدایت حرارتی بالایی دارند و گرما را به سرعت منتقل می‌کنند، در حالی که موادی مانند پشم شیشه یا پلی‌استایرن، هدایت حرارتی پایینی دارند و به عنوان عایق حرارتی استفاده می‌شوند.
ضخامت مصالح نیز عامل مهم دیگری در میزان هدایت حرارتی است.
هر چه ضخامت لایه‌های ساختمانی بیشتر باشد، مقاومت آنها در برابر انتقال حرارت افزایش می‌یابد.
به همین دلیل است که در مناطق سردسیر، معمولاً از دیوارهای ضخیم‌تر یا لایه‌های عایق بیشتر استفاده می‌شود.
همرفت: دومین میکانیزم انتقال انرژیهمرفت فرآیندی است که در آن انرژی از طریق حرکت سیالات (مایعات و گازها) منتقل می‌شود.
در ساختمان، این پدیده عمدتاً از طریق حرکت هوا اتفاق می‌افتد.
وقتی هوا گرم می‌شود، سبک‌تر شده و به سمت بالا حرکت می‌کند و هوای سرد جایگزین آن می‌شود. این چرخه طبیعی باعث ایجاد جریان همرفتی می‌شود.
همرفت در ساختمان از دو طریق اتفاق می‌افتد: همرفت طبیعی و همرفت اجباری.
همرفت طبیعی زمانی رخ می‌دهد که هوا به دلیل اختلاف دما به طور خودبه‌خود حرکت می‌کند.
برای مثال، در زمستان، هوای سرد از درزهای پنجره نفوذ می‌کند و هوای گرم داخل را جابجا می‌کند.
همرفت اجباری زمانی است که حرکت هوا توسط عوامل مکانیکی مانند فن‌ها یا سیستم‌های تهویه مطبوع ایجاد می‌شود.
یکی از چالش‌های مهم در طراحی ساختمان، کنترل نفوذ هوای ناخواسته است.
درزهای اطراف در و پنجره، منافذ تأسیساتی و اتصالات ساختمانی می‌توانند باعث نفوذ هوا و اتلاف انرژی قابل توجهی شوند.
مطالعات نشان می‌دهد که در برخی ساختمان‌ها، تا ۳۰ درصد اتلاف انرژی از طریق نفوذ هوا اتفاق می‌افتد.
تابش: سومین میکانیزم انتقال انرژیتابش، متفاوت از دو روش قبلی، نیازی به محیط مادی برای انتقال انرژی ندارد و از طریق امواج الکترومقناطیسی منتقل می‌شود.
مهم‌ترین منبع تابش در ساختمان، خورشید است. تابش خورشیدی می‌تواند هم مفید و هم مضر باشد، بسته به فصل و نیاز ساختمان.
در زمستان، تابش خورشید می‌تواند منبع مفیدی برای گرمایش غیرفعال ساختمان باشد.
به همین دلیل، در طراحی خورشیدی غیرفعال، پنجره‌های رو به جنوب (در نیم کره شمالی) برای بهره‌گیری از این انرژی رایگان در نظر گرفته می‌شوند. در تابستان، همین تابش می‌تواند باعث گرمایش بیش از حد و افزایش بار سرمایشی ساختمان شود.
کنترل تابش خورشیدی از طریق راهکارهایی مانند سایبان های ثابت و متحرک، شیشه‌های کنترول‌کننده تابش، و پوشش‌های گیاهی امکان‌پذیر است.
طراحی صحیح این عناصر نیازمند درک دقیق زاویه تابش خورشید در فصول مختلف سال است.
بخش سوم – کاربردهای عملی و راهکارهای طراحی در کنترل انرژی ساختمان راهکارهای عملی برای کنترول هدایت حرارتیعایق‌کاری حرارتی یکی از مهم‌ترین راهکارهای کنترول هدایت حرارتی است.
انتخاب نوع و ضخامت عایق باید با توجه به شرایط اقلیمی و کاربری ساختمان صورت گیرد.
برای مثال، در یک ساختمان مسکونی در اقلیم سرد، استفاده از عایق‌های با ضخامت ۱۰ تا ۱۵ سانتی‌متر در دیوارهای خارجی می‌تواند مصرف انرژی گرمایشی را تا ۵۰ درصد کاهش دهد.
عایق‌های حرارتی متداول شامل پشم شیشه، پشم سنگ، پلی‌استایرن منبسط شده (EPS) و پلی‌استایرن اکسترود شده (XPS) هستند.
نکته مهم در عایق‌کاری، توجه به پل‌های حرارتی است. پل‌های حرارتی نقاطی در پوسته ساختمان هستند که به دلیل ضعف در عایق‌کاری یا طراحی نامناسب، انتقال حرارت در آنها بیشتر است.
متداول‌ترین پل‌های حرارتی در محل اتصال دیوارها به سقف و کف، اطراف پنجره‌ها و در محل عبور تأسیسات مکانیکی و برقی ایجاد می‌شوند.
برای مثال، یک پل حرارتی در محل اتصال بالکن به ساختمان می‌تواند باعث اتلاف انرژی معادل چندین متر مربع دیوار عایق‌کاری شده شود.
ستراتیژی‌های کنترول همرفت و نفوذ هوا هوابندی ساختمان یکی از مؤثرترین روش‌های کنترل اتلاف انرژی از طریق همرفت است.
این کار با استفاده از درزگیرهای مناسب، نوارهای هوابندی و مصالح درزبندی انجام می‌شود.
در ساختمان‌های پیشرفته، آزمون فشار (Blower Door Test) برای اندازه‌گیری میزان نشت هوا انجام می‌شود.
در این آزمون، با ایجاد اختلاف فشار بین داخل و خارج ساختمان، میزان نفوذ هوا اندازه‌گیری می‌شود.
سیستم تهویه کنترل شده با بازیافت حرارت (HRV یا ERV) راهکار دیگری برای کنترول اتلاف انرژی در عین تأمین هوای تازه است.
در این سیستم، هوای تازه ورودی با استفاده از حرارت هوای خروجی پیش‌گرم یا پیش‌سرد می‌شود که می‌تواند تا ۸۵ درصد انرژی را بازیافت کند.
مدیریت تابش خورشیدی در طراحی طراحی سایبان یکی از مهم‌ترین راهکارهای کنترل تابش است.
سایبان‌های افقی برای پنجره‌های جنوبی و سایبان‌های عمودی برای پنجره‌های شرقی و غربی مناسب‌ترند.
محاسبه عمق سایبان باید با توجه به عرض جغرافیایی محل و زاویه تابش خورشید در فصول مختلف انجام شود. شیشه‌های کنترل‌کننده تابش نیز راهکار مؤثر دیگری هستند. این شیشه‌ها در انواع مختلف از جمله شیشه‌های کم‌گسیل (Low-E)، شیشه‌های بازتابنده و شیشه‌های هوشمند (الکتروکرومیک) موجودند.
برای مثال، شیشه‌های کم‌گسیل می‌توانند تا ۷۰ درصد از تابش مادون قرمز را بازتاب دهند در حالی که نور مرئی را عبور می‌دهند.
راهکارهای ترکیبی و یکپارچه موفق‌ترین راهکارها، ترکیبی از روش‌های مختلف کنترل انرژی هستند. به عنوان مثال، در یک ساختمان اداری می‌توان از:
– عایق‌کاری پیشرفته دیوارها و سقف– پنجره‌های سه‌جداره با شیشه کم‌گسیل– سایبان‌های هوشمند خودکار– سیستم تهویه با بازیافت حرارت– سیستم مدیریت هوشمند ساختمان (BMS)
به صورت یکپارچه استفاده کرد. چنین رویکرد جامعی می‌تواند مصرف انرژی را تا ۸۰ درصد نسبت به ساختمان‌های متعارف کاهش دهد.