تهویه مطبوع در ساختمان های بلند

ساختمان های بلند (High raise building) امروزه در معرض چالش های منحصر به فردی برای مدلسازی و تهویه مطبوع قرار دارند. عواملی از قبیل دما و سرعت باد در ارتفاع های مختلف از این دسته اند. مناطق شهری تحت تاثیرات دیگری از جمله سایه و بازتاب از ساختمان های اطراف نیز می باشند. تحقیقات نشان می دهند که شرایط محیطی اثرات قابل توجهی در بارهای سرمایشی و گرمایشی ساختمان های بلند دارد. شبیه سازی دقیق یک واحد در اواسط ارتفاع سازه می تواند برای کل ساختمان به کار گرفته شود.
مقدمه
امروزه آنالیز انرژی یک ساختمان توسط نرم افزارهایی انجام می گیرد. کمیته فنی اشری ساختمان های بیش از 9 متر را ساختمان بلند به حساب می آورد. چرا که شرایط اتمسفر با افزایش ارتفاع تفاوت هایی میان طبقات ایجاد می کند که شامل تفاوت دما و فشار و سرعت هواست و این امر باعث می شود که هر ساختمان بلند سیستم تهویه مطبوع مخصوص به خود را داشته باشد.

چالش های ساختمان بلند

اتمسفر
همه ساختمان ها در پایین ترین لایه اتمسفر قرار گرفته اند. این لایه چیزی در حدود 11 کیلومتر بالای سطح زمین را در بر گرفته. با افزایش ارتفاع، دما به طور تقریبی به ازای هر 150 متر 1 درجه سلسیوس کم شده و فشار بارومتریک نیز به آرامی کاهش می یابد اما از آن طرف سرعت باد بیشتر می گردد.
شرایط محیطی
ساختمان های واقع در شهرهای بزرگ در شرایط خاص محیطی قرار دارند. بسیاری از آن ها تحت سایه های ساختمان های مجاور و برخی دیگر تحت بازتاب های شیشه ای واقع اند. خیابان های محصور شده با ساختمان های بلند همچون کانال عمل کرده و باد تولید می کنند. حجم انبوه بتن و آسفالت دمای محلی را بالا می برند. همانند شرایط اتمسفر، دماهای محلی با هم متفاوت اند. طبقات پایینی ساختمان ها سایه بیشتری دریافت می کنند این در حالی است که طبقات انتهایی ممکن است هرگز سایه نگیرند. اثرات سایه از اطراف ساختمان های بلند باید به دقت و به طور هندسی محاسبه گردند. سطوحی که در سایه قرار دارند هم می توانند تابش را جذب و هم منتشر کنند. بازتابش شیشه ها بسته سطوح آن ها یعنی نوع آینه کاری و لعاب کاری، با هم فرق دارد.
امروزه با استفاده از اشعه ایکس افزایش انرژی حرارتی بازتابی را محاسبه می کنند. سرعت و جهت باد از جداول خوانده می شود.
مقیاس بندی
مقیاس بندی ساختمان های بلند بدین معنی است که بسیاری از مناطق باید تحت محاسبات گرمایشی قرار گیرند. اگر هر طبقه به چهار منطقه یک منطقه اصلی و یک پلنوم و تقسیم بندی شود یک ساختمان 70 طبقه ای به 420 ناحیه تقسیم می شود که باید بررسی گردد. از معایب این روش این است که نیاز به ورودی های زیادی دارد و پردازش داده ها زمان زیادی می برد. معمول است که چند طبقه را انتخاب و شبیه سازی کنند و با ضریب تجربی بار کل سازه را تخمین می زنند. اما در این روش هم مشکلاتی وجود دارد چرا که روش تخمینی تفاوت در شرایط محیطی طبقات مختلف را نداشته و دقت پایینی دارد پس نمونه ها باید با دقت انتخاب شوند تا در صد خطا کاهش یابد.

سیستم HVAC در ساختمان بلند
ساختمان های بلند سیستم تهویه خاصی دارند. هواساز نصب شده هوای هر طبقه را تامین می کند. سیستم های تهویه مطبوع باید برای غلبه بر افت های طبقات بالاتر به هوا و آب انرژیکافی را بدهند. در سیستم های جدید هر یک از اجزا فن، پمپ، خنک کننده ها، به عنوان یک واحد مجزا تعریف می شوند. این اجزا در یک سیکل همان طور رفتار می کنند که در یک شبکهلوله کشی رفتار می کنند.
در این روش هر طبقه به عنوان یک لوپ جدا در نظر گرفته می شود که چند زیر بخش و هواسازی مجزا دارد. روشی مشابه برای اجزای دیگر مانند کویل پیش گرمایش که در هوای بیرون است نیز در نظر گرفته می شود.