پیمانکار رتبه یک تاسیسات

سیستم های پربازده مدرن

گردآورنده: حسین حاجی زین العابدینی

ابان 95

بخش اول

ساختمان فدرال ویپل به تمام اهداف مورد نظر پروژه دست یافت. سیستم زمین گرمایی و سیستم گرمایش آب مصرفی ساختمان های مسکونی با بهره گیری از انرژی خورشید، طراحی روشنایی هوشمند، فتوولتاییک و یکسری تغییرات برای خلق ساختمانهایی با بازدهی انرژی بسیار بالا انجام شد. با بررسی هزینه مربوط به انرژی، سیستم ساختمان ها را می توان طوری طراحی کرد که تا 46 درصد بیش از استاندارد اشری 90.1-2004 در مصرف انرژی صرفه جویی شود و یا 30 درصد فراتر از هدف تعیین شده در مصرف انرژی صرفه جویی کرد. با توجه به سیستم یکپارچه آن و تاسیسات پربازده بکار گرفته شده، ساختمان فدرال ویپل در حال حاضر به عنوان مدل ملی یا محلی از مبحث بهینه سازی انرژی انتخاب شده است.

ساختمان و مرکز اطلاعات

ساختمان فدرال ویپل یک ساختمان اداری دولتی است که در سال 1969 ساخته شد و  در محل فورت سنلینگ، جنوب شرقی مینپولیس قرار دارد. سیستم های الکترونیکی و مکانیکی و ایمنی ساختمان در 40 سال اخیر دستخوش تغییرات قابل توجهی نشده بود. این ساختمان دارای 11 طبقه با مساحت تقریبی 57414 متر مربع و دارای فضاهای تیپیک و همسان شامل دفاتر، سالن کنفرانس، آشپزخانه و غذاخوری، سلول های زندان، پزشکی قانونی، دادگاه است.

مدرن سازی سیستم های سرمایشی و گرمایشی

پروژه ساختمان های تجدید پذیر با اهداف بزرگی در جهت بهینه سازی مصرف انرژی است. هر چند که، تیم پروژه بر روی یک ساختمان ساخته شده کار می کرد، تغییرات اندکی باید انجام می شد اما قسمت اعظم افزایش بهره وری انرژی مستلزم نصب تاسیسات الکترونیکی و مکانیکی و سیستم لوله کشی مدرن و نو بود. ساختمان فدرال ویپل در یک موقعیت ممتاز و در محل تلاقی رودخانه می سی سی پی و مینسوتا قرار دارد. در مرحله طراحی مقدماتی پروژه، تیم های مهندسی شش سیستم مختلف مکانیکی را بررسی و آنالیز کردند. یک سیستم زمین گرمایی با پمپ گرمایی مرکزی بویلر چیلر و سیستم هواساز به مثابه سیستم زمین گرمایی و پمپ های گرمایی غیر مرکزی و مجزا و کوچک تحلیل و بررسی شد. برای هر دو سیستم پربازده، در زمینه بازگشت سرمایه نتایج مشابهی بدست آمد. در نهایت تیم مهندسی، سیستم بویلر چیلر پمپ گرمایی مرکزی را انتخاب کرد. از آنجا که  تیم ساخت و ساز، نگران هزینه نگهداری سیستم های پمپ گرمایی غیر مرکزی و کوچک و طول عمر کمتر تجهیزات بکار گرفته شده بود.

در حین فاز طراحی شماتیک، چندین سوراخ در زمین محل پروژه جهت انجام آزمایش ایجاد کردند. و هدف از آزمایش، تعیین میزان رسانایی حرارتی خاک محل پروژه بود. این آزمایش در نقاط مختلف محل پروژه جهت تعیین میزان تغییرات رسانایی حرارتی انجام شد و در نهایت، حوزه سیستم زمین گرمایی مشخص شد. به تعداد هشتصد مبدل زمین گرمایی عمودی (VHE) در سیستم بویلر چیلر پمپ گرمایی ساختمان بکار گرفته شد. هر VHE در عمق 76 متری قرار دارد. و VHE ها بطور افقی بصورت دسته های 35 تایی به هم متصل شده اند و در چهار محفظه زیر زمینی متصل به هم جایسازی شده اند. از این محفظه های زیر زمینی برای پایش دما و فشار VHE ها و ایجاد فضای مناسب جهت تعمیر مبدلها استفاده می شود.

سیستم مرکزی زمین گرمایی، در زیر زمین ساختمان قرار دارد. پمپ اولیه و ثانویه و همچنین بویلر چیلر پمپ گرمایی در آنجا نصب شده است. بازیابی گرمایی بین طرف سرمایشی و گرمایشی بویلر چیلر باعث می شود تا تجهیزات در شرایط بهینه کار کنند. به علاوه، واحدها مدولار هستند. مسئول ساختمان مذکور خواسته های فراوان و سختگیرانه ای در این مورد داشت. طبیعت مدولار تجهیزات، دستیابی به خواسته های مورد نظر را برای تیم، بدون تحمیل هزینه های گزاف امکان پذیر می کرد. بطور کلی سه عدد بویلر چیلر پمپ گرمایی و هر یک با هشت مدولار نصب شد. در هر پمپ گرمایی، یکی از هشت مدول اضافی بود.

ساختمان دارای 27 واحد هواساز(AHU) با کارکرد حجم متغیر است. برای پاس کردن الزامات بازدهی مربوط به سازمان بازرسی کل(GSA)، واحدهای هواساز دارای فن های با تکنولوژی چیدمان نافی بهینه نصب شده است. در کل از چهار عدد واحد بازیابی انرژی، برای پیش گرمایش هوای ورودی به ساختمان استفاده شده است. در نواحی زون بندی پیرامون ساختمان فن کویل با کویل های گرمایشی تعبیه شده است. ولی برای نواحی زون بندی داخلی از فن های کابینتی با کویل و یا بدون کویل گرمایشی استفاده نشده است.

برای بهبود شرایط آسایش حرارتی، در اتاق های با تردد بالای افراد، سنسور دی اکسید کربن نصب شده است. فرمان سنسور دی اکسید کربن بر فرمان ترموستات نصب شده بر فن کویل در اولویت است. در اتاقهایی که از سنسور دی اکسید کربن استفاده شده است جهت جلوگیری از سرد شدن فضای اتاق، از فن کویل با  کویل گرمایشی بزرگ استفاده شده است. به جهت کنترل هزینه ها، واحدهای هواساز برای تامین هوای داخل از حداقل هوای بیرون بهره می گیرند. و در شرایطی که افراد کمتری در ساختمان تردد می کنند از هوای بیرونی به ندرت استفاده می شود.

مدرن سازی سیستم لوله کشی ساختمان

بخش با اهمیت سیستم لوله کشی، شامل سیستم آب گرم مصرف خانگی خورشیدی است که بر روی بام نصب شده است. سیستم با کمک برنامه کامپیوتری زمان کارکرد – هزینه تهیه شده توسط سازمان بازرسی کل (GSA) تحلیل و آنالیز شد. سیستم طوری انتخاب شد که قادر به تامین 60 درصد آب گرمایی مصرف خانگی باشد و دوره بازگشت سرمایه آن 14 ساله است.

سیستم آبگرم خانگی خورشیدی، شامل چیدمانی از لوله های کالکتورهای خلاء است. تعداد72 کالکتور خورشیدی بر روی بام نصب شده است. این سیستم شامل، پمپ، مبدل حرارتی و مخزن ذخیره است. مخزن ذخیره در واقع آب گرم مورد نیاز را در صورت نیاز با وجود عدم تابش خورشید، تامین می کند. در مواردی که آب گرم مازاد در آبگرمکن خورشیدی فراهم می شود، با استفاده از مبدل حرارتی صفحه ای، از انرژی گرمایی مازاد در سیستم HVAC ساختمان استفاده می شود.

دو سیستم گرمایشی گازسوز در اتاق تاسیسات واقع در زیرزمین ساختمان، برای ایجاد تعادل آب گرم مصرفی ساختمان نصب شده است.

منبع:

https://www.ashrae.org/