إرشادات التهوية للتصميم

تهدف هذه الإرشادات (بلومستربيرج، ٢٠٠٠) [المرجع ٦] إلى توجيه الممارسين (وخاصةً مصممي أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء ومديري المباني، بالإضافة إلى العملاء ومستخدمي المباني) حول كيفية تحقيق أداء جيد لأنظمة التهوية باستخدام التقنيات التقليدية والمبتكرة. تُطبق هذه الإرشادات على أنظمة التهوية في المباني السكنية والتجارية، وطوال دورة حياة المبنى، أي: التصميم، والبناء، والتشغيل، والصيانة، والتفكيك.

إن المتطلبات الأساسية التالية ضرورية لتصميم أنظمة التهوية القائمة على الأداء:

• تم تحديد مواصفات الأداء (المتعلقة بجودة الهواء الداخلي، والراحة الحرارية، وكفاءة الطاقة وما إلى ذلك) للنظام الذي سيتم تصميمه.
• يتم تطبيق منظور دورة الحياة.
• ويعتبر نظام التهوية جزءا لا يتجزأ من المبنى.

الهدف هو تصميم نظام تهوية يُلبي مواصفات الأداء الخاصة بالمشروع (انظر الفصل 7.1)، باستخدام تقنيات تقليدية ومبتكرة. يجب تنسيق تصميم نظام التهوية مع أعمال تصميم كل من المهندس المعماري ومهندس الإنشاءات والمهندس الكهربائي ومصمم نظام التدفئة/التبريد، وذلك لضمان أداء المبنى النهائي بنظام التدفئة والتبريد والتهوية بكفاءة. وأخيرًا، يجب استشارة مدير المبنى بشأن رغباته الخاصة، حيث سيكون مسؤولاً عن تشغيل نظام التهوية لسنوات عديدة قادمة. لذلك، يجب على المصمم تحديد عوامل (خصائص) معينة لنظام التهوية، وفقًا لمواصفات الأداء. يجب اختيار هذه العوامل (الخصائص) بطريقة تضمن للنظام الكلي أقل تكلفة لدورة حياة لمستوى الجودة المحدد. يجب إجراء تحسين اقتصادي مع مراعاة ما يلي:

• تكاليف الاستثمار
• تكاليف التشغيل (الطاقة)
• تكاليف الصيانة (تغيير الفلاتر، تنظيف القنوات، تنظيف أجهزة المحطة الجوية، الخ.)

تشمل بعض العوامل (الخصائص) مجالاتٍ ينبغي فيها إدخال أو تشديد متطلبات الأداء في المستقبل القريب. وهذه العوامل هي:

• التصميم من منظور دورة الحياة
• تصميم للاستخدام الفعال للكهرباء
• تصميم لمستويات الصوت المنخفضة
• تصميم لاستخدام نظام إدارة الطاقة في المباني
• التصميم للتشغيل والصيانة

التصميم مع دورة حياة وجهة نظر 

يجب أن تكون المباني مستدامة، أي أن يكون للمبنى طوال عمره الافتراضي أقل تأثير ممكن على البيئة. تقع على عاتق عدة فئات مختلفة من الأشخاص، مثل المصممين ومديري المباني، مسؤولية ذلك. يجب تقييم المنتجات من منظور دورة الحياة، حيث يجب إيلاء الاهتمام لجميع التأثيرات على البيئة طوال دورة الحياة. في مرحلة مبكرة، يمكن للمصمم والمشتري والمقاول اتخاذ خيارات صديقة للبيئة. يتكون المبنى من عدة مكونات مختلفة ذات أعمار مختلفة. في هذا السياق، يجب مراعاة قابلية الصيانة والمرونة، أي أن استخدام مبنى مكتبي، على سبيل المثال، يمكن أن يتغير عدة مرات خلال فترة حياته. عادةً ما يتأثر اختيار نظام التهوية بشدة بالتكاليف، أي تكاليف الاستثمار وليس تكاليف دورة الحياة. هذا يعني غالبًا نظام تهوية يلبي متطلبات قانون البناء بأقل تكلفة استثمار. يمكن أن تشكل تكلفة تشغيل مروحة، على سبيل المثال، 90% من تكلفة دورة الحياة. العوامل المهمة ذات الصلة بمنظور دورة الحياة هي:
عمر.

• التأثير البيئي.
• تغيرات نظام التهوية.
• تحليل التكلفة.

الطريقة المباشرة المستخدمة لتحليل تكلفة دورة الحياة هي حساب القيمة الحالية الصافية. تجمع الطريقة بين الاستثمار والطاقة والصيانة والتكلفة البيئية خلال جزء من مرحلة التشغيل الكاملة أو مرحلة التشغيل للمبنى. تتم إعادة حساب التكلفة السنوية للطاقة والصيانة والبيئة على أساس التكلفة الحالية، اليوم (نيلسون 2000) [مرجع 36]. باستخدام هذا الإجراء، يمكن مقارنة أنظمة مختلفة. عادةً ما يكون من الصعب جدًا تحديد التأثير البيئي في التكاليف وبالتالي غالبًا ما يتم استبعاده. يؤخذ التأثير البيئي في الاعتبار إلى حد ما عن طريق تضمين الطاقة. غالبًا ما يتم إجراء حسابات دورة حياة المبنى لتحسين استخدام الطاقة خلال فترة التشغيل. الجزء الرئيسي من استخدام الطاقة في دورة حياة المبنى هو خلال هذه الفترة أي التدفئة / التبريد والتهوية وإنتاج الماء الساخن والكهرباء والإضاءة (أدالبيرث 1999) [مرجع 25]. بافتراض أن عمر المبنى 50 عامًا، يمكن أن تمثل فترة التشغيل 80 - 85٪ من إجمالي استخدام الطاقة. أما النسبة المتبقية والتي تتراوح بين 15 إلى 20% فتستخدم في تصنيع ونقل مواد البناء والتشييد.

تصميم للاستخدام الفعال الكهرباء للتهوية 

يتم تحديد استخدام الكهرباء لنظام التهوية بشكل أساسي من خلال العوامل التالية: • انخفاض الضغط وظروف تدفق الهواء في نظام القنوات
• كفاءة المروحة
• تقنية التحكم في تدفق الهواء
• تعديل
من أجل زيادة كفاءة استخدام الكهرباء فإن التدابير التالية هي موضع اهتمام:

• تحسين التصميم العام لنظام التهوية على سبيل المثال تقليل عدد الانحناءات، والناشرات، وتغييرات المقطع العرضي، وقطع T.
• التغيير إلى مروحة ذات كفاءة أعلى (على سبيل المثال، يتم تشغيلها مباشرة بدلاً من تشغيلها بالحزام، ومحرك أكثر كفاءة، وشفرات منحنية للخلف بدلاً من الشفرات المنحنية للأمام).
• قم بخفض انخفاض الضغط عند توصيل مروحة التهوية بالقنوات (مدخل ومخرج المروحة).
• قم بخفض انخفاض الضغط في نظام القنوات مثلًا عبر الانحناءات، والموزعات، وتغيرات المقطع العرضي، وقطع T.
• قم بتثبيت تقنية أكثر كفاءة للتحكم في تدفق الهواء (التحكم في التردد أو زاوية شفرة المروحة بدلاً من التحكم في الجهد أو المثبط أو ريشة التوجيه).

ومن المهم أيضًا للاستخدام الإجمالي للكهرباء للتهوية هو بالطبع إحكام إغلاق مجاري الهواء ومعدلات تدفق الهواء وأوقات التشغيل.

من أجل إظهار الفرق بين نظام به انخفاضات ضغط منخفضة للغاية ونظام يعمل حتى الآن بممارسة "نظام فعال"، SFP (قوة المروحة النوعية) = 1 كيلو وات/م³/ثانية، تمت مقارنته بـ "نظام عادي"، SFP = بين 5.5 - 13 كيلو وات/م³/ثانية (انظرالجدول 9). يمكن أن يكون للنظام الفعال للغاية قيمة 0.5 (انظر الفصل 6.3.5).

الجدول 9: انخفاض الضغط المحسوب و SFP القيم الخاصة بـ "النظام الفعال" و "النظام الحالي" نظام". 

تصميم لمستويات الصوت المنخفضة 

عند تصميم مروحة لمستويات صوت منخفضة، يُنصح بالتصميم لمستويات ضغط منخفضة. بهذه الطريقة، يمكن اختيار مروحة تعمل بتردد دوران منخفض. يمكن تحقيق انخفاض الضغط بالطرق التالية:

• سرعة هواء منخفضة أي أبعاد قناة كبيرة
• تقليل عدد المكونات التي بها انخفاض في الضغط مثل التغييرات في اتجاه القناة أو حجمها، والمثبطات.
• تقليل انخفاض الضغط عبر المكونات الضرورية
• ظروف تدفق جيدة عند مداخل ومخارج الهواء

تعتبر التقنيات التالية مناسبة للتحكم في تدفقات الهواء، مع الأخذ في الاعتبار الصوت:

• التحكم في تردد دوران المحرك
• تغيير زاوية شفرات المروحة للمراوح المحورية
• يعد نوع المروحة وتركيبها أيضًا مهمًا لمستوى الصوت.

إذا لم يُلبِّ نظام التهوية المُصمَّم بهذه الطريقة متطلبات الصوت، فمن المُرجَّح أن يتطلَّب التصميم مُخفِّفات صوت. لا تنسَ أنَّ الضوضاء قد تدخل عبر نظام التهوية، مثل ضجيج الرياح عبر فتحات التهوية الخارجية.
7.3.4 تصميم لاستخدام نظام إدارة البطاريات
يُحدد نظام إدارة المباني (BMS) وإجراءات متابعة القياسات والإنذارات إمكانيات التشغيل السليم لنظام التدفئة/التبريد والتهوية. يتطلب التشغيل الأمثل لنظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) مراقبة العمليات الفرعية بشكل منفصل. وغالبًا ما يكون هذا هو النهج الوحيد لاكتشاف التباينات الطفيفة في النظام، والتي لا تؤدي في حد ذاتها إلى زيادة استهلاك الطاقة بما يكفي لتفعيل إنذار استهلاك الطاقة (باستخدام المستويات القصوى أو إجراءات المتابعة). ومن الأمثلة على ذلك وجود مشاكل في محرك المروحة، والتي لا تظهر في إجمالي استهلاك الطاقة الكهربائية لتشغيل المبنى.

هذا لا يعني ضرورة مراقبة جميع أنظمة التهوية بواسطة نظام إدارة المباني. ينبغي استخدام نظام إدارة المباني لجميع الأنظمة، باستثناء أصغرها وأبسطها. أما بالنسبة لأنظمة التهوية المعقدة والكبيرة، فقد يكون نظام إدارة المباني ضروريًا.

يجب أن يتوافق مستوى تطور نظام إدارة المباني مع مستوى معرفة فريق التشغيل. وأفضل نهج هو إعداد مواصفات أداء مفصلة لنظام إدارة المباني.

7.3.5 التصميم للتشغيل و صيانة
لضمان التشغيل والصيانة السليمين، يجب كتابة تعليمات التشغيل والصيانة المناسبة. ولضمان فائدة هذه التعليمات، يجب استيفاء معايير معينة أثناء تصميم نظام التهوية:

• يجب أن تكون الأنظمة التقنية ومكوناتها في متناول اليد للصيانة والاستبدال، إلخ. يجب أن تكون غرف المراوح واسعة بما يكفي ومجهزة بإضاءة جيدة. يجب أن تكون مكونات نظام التهوية (المراوح، والمثبطات، إلخ) سهلة الوصول.
• يجب وضع علامة على الأنظمة بمعلومات حول الوسيط في الأنابيب والقنوات واتجاه التدفق وما إلى ذلك. • يجب تضمين نقطة اختبار للمعلمات المهمة

ينبغي إعداد تعليمات التشغيل والصيانة أثناء مرحلة التصميم والانتهاء منها أثناء مرحلة البناء.

راجع المناقشات والإحصائيات وملفات تعريف المؤلفين لهذا المنشور على: https://www.researchgate.net/publication/313573886
نحو تحسين أداء أنظمة التهوية الميكانيكية
المؤلفون، بما في ذلك: بيتر ووترز، بيير بارلز، كريستوف ديلموت، آكي بلومستربيرج
ويعمل بعض مؤلفي هذا المنشور أيضًا على المشاريع ذات الصلة التالية:
إحكام إغلاق المباني
التكييف السلبي: FCT PTDC/ENR/73657/2006