چلیپا: پنجره نافس (صندوقه ای) / تهویه بسیار مؤثر در تمام اقلیم ها

پنجره نافس یك سیتم تهویه جدید و پیشرفته در پوسته ساختمان هاست كه با وجود ارائه محصول آزمایشی آن، هنوز وارد بازار فروش نشده است. این مبادله گر جدید حرارتی هوا-هوا، بسیار جمع و جور، 05/1 كیلو گرم وزن داشته و به راحتی در ظرفشویی قابل شستشو می باشد. در غلظت CO2 داخل اتاق فعال شده و می تواند به عنوان یك آژیر حریق در مواقع ضروری عمل كند.ابعاد سری جدید این پنجره 750*٢٠٠*180 میلی متراست كه می تواند در قاب پنجره یا دیوار خارجی نصب شود. بعد از تست نمونه اولیه در ایسلند و هلند، پیش بینی راندمان 95% انتقال حرارتی جواب داد. در20 درجه اختلاف حرارتی مابین هوای درون و بیرون دو فن 4 واتی با توانایی تبادل حرارتی 50 متر مکعب بر ساعت، 320 وات، انرژی حرارتی ذخیره می كنند. تجهـیزات برقی سـنتی با راندمـان ٤٠ % دارای ظرفیت ذخیره انرژی 300 واتـی می باشد. بنابراین كل بازده انرژی پنجره نافس (جعبه ای) ٨٩% است.در این سیستم مبادله كننده حرارتی مفتولی تنها ۱٨ پاسكال اختلاف فشار دارد و فن این پنجره های نافس در نمونه اولیه، حدود 30dbصدا ایجاد نمود كه باید در نمونه های بعدی مدنظر قرار گیرد. تعدادی از موانع و مشکلاتی که در سیستم های تأسیساتی امروزی به وضوح دیده می شوند عبارتند از:1- كیفیت هوای بیرونی :بررسی كیفیت هوای درونی خانه های شخصی در هلند نتایج قابل ملاحظه ای در پی داشته است. براساس تحقیقات Evert Hasselaar در٥٠٠ خانه درگروه های مختلف، این نتیجه حاصل شد كه ۳⁄۲ خانه هایی که دارای تهویه مكانیكی بودند، ظرفیت تهویه به علت كثیفی حدود 10% در سال كاهش می یافت و نیز به دلیل آزار و اذیت صوتی موتور گاهی تهویه مكانیكی قطع می شد. كشف دیگر این بود كه در ٥⁄٤ خانه ها، تهویه طبیعی دراتاق خواب اصلی كوچك 2 نفره داشتند که در ۲۹% این خانه ها به خاطر سروصدای ترافیك، حتی درشب پنجره ای برای بازشدن نبود. غلظت CO2 بسیار بالا و گرد وخاك ریز زیادی درخانه ها یافت می شد. همچنین حمامی كه 3 بار در روز برای دوش گرفتن استفاده می شد عموما" تهویه بسیار كوچكی برای خشك شدن داشت و این باعث نمایان شدن لكه های سیاه می شد. نکته دیگر این بود که اختلاف شاخصی بین حمام های داخلی و حمام هایی كه تنها یك پنجره دردیوار بیرونی داشتند وجود نداشت و دیوارهای سفالی حمام ها كه تا سقف كشیده شده اند ساده تر تمیز می شدند.2- تاسیسات موجود با کارایی کم:مطالعه درمورد تهویه موجود درساختمان های مسكونی، تجاری و صنعتی هلند نشان می دهد كه تفاوت بسیاری بین نتایج پیش بینی شده و آنچه كه درعمل حاصل می شود وجود دارد. عوامل موثرعبارتند از ایده، طراحی، ذخیره، اجرا، كنترل، تطبیق، استفاده و نگهداری و... در هر مرحله اشتباهاتی كه درابعاد بزرگ مستقر می شوند، وجود دارد. * شکل 1. نصب استاندارد،مقطع عرضی سقف کاذب

درفازمفهومی معمارباید آب وهوای درونی را درمقطع عرضی مرسوم طراحی كرده و آن را به مدیر و مشاوران تاسیسات توضیح دهد. درعمل به مهارت زیادی نیز احتیاج است. تمام سیستم های حرارت، تهویه، سیستم تصفیه هوا بدون مكانیابی توسط مشاوران طرح می شود كه معمولا" در سقف های كاذب مخفی میشوند و سقف كاذبی که برای پنهان كردن داکت های هوا استفاده می شود، حدود %15 حجم ساختمان را تسخیر می كند.

* شکل 2.تهویه در پوسته ساختمان، 15% حجم ساخت کمتر

و نکته دیگر اینکه در تخمین هزینه های ساخت قبل یا بعد ازمناقصه های عمومی معمولاً ازتهویه فاكتور گرفته می شود.

3- بازبینی تاسیسات :تأسیسات موجود درخانه ها درعمل به دلیل صدای آزاردهنده و كثیف شدن سریع مبادله كننده حرارتی پشت دریچه فولادی دراتاق، زیر سقف و... مورد استقبال ساكنین قرار نمی گیرد. تاسیسات بزرگتر معمولا" مداوم تر بوده ولی به فضای بیشتری احتیاج دارند و حرارت زیادی تولید می كنند که این به معنای راحتی كمتر و قیمت ساخت بالا وحداكثر بار گرمایی و سرمایی می باشد.

4- مصرف و نگهداری :دوره مصرف طولانی درقبال پیشبرد خوب می باشد. بررسی تحقیقات نشان می دهد كه مبادله كننده حرارتی درخانه ها با سیستم تهویه تعادلی به سختی نگهداری شده وبا گرد و خاك مسدود می شود. همچنین 3/2 تهویه مكانیكی كه در آئین نامه ها مشخص شده است عملاً موجب تامین جریان هوای آزاد ساختمان های تازه ساخت نمی شود. عمومأ مصرف كننده ها هیچ اظهار نظری راجع به تأ سیسات مكانیكی ندارند و در ساختمان های بزرگ از نظر تهویه مكانیكی، ساختمان هایی تنفرانگیز برای مردم تلقی می شوند که احساس حبس در تكنولوژی نامناسب را دارند كه این حس با تعبیه پنجره ای بازشو حل می شود.
تهویه جدید با راندمان بالا:
دوباره ازابتدا شروع میكنیم؛ یك ساختمان خوب، یك معماری پایداراست و تأ سیسات مهمان های آرام وهوشمند آنند. سالهاست راجع به ایده ساخت پنجره نافس فكر شده است و اینكه چگونه قابل دسترسی می باشد و یا به چه فرمی است، هنوز به طور كلی شناخته نیست. تحقیقات وسیع جهانی در مورد بهترین مبادله كننده حرارتی سالهای زیادی به طول انجامیده و سرانجام با نمایش یك مبادله كننده حرارتی كه توسط دكتر ir.noorvan andel اختراع شده بود، به ثمر رسید.( شكل 3و4)
ابعادی برای قاب پنجره انتخاب شده که هماهنگ با عمق دیوار مركب دو جداره و ایزولاسیون سنتی بیرونی باشد.

پنجره نافس دارای سه جز اصلی است:
1) سیستم تهویه تعادلی با دو فن
2) سیستم كنترل هوشمند
3) مبادله كننده حرارتی مفتولی با جریان متقابل

شكل 3: مراحل طراحی نمونه اولیه

شكل 4: پنجره جعبه ای می تواند یك ستون باشد یا در دیوار ساخته شود

نمونه اولیه شامل یك تركیب شفاف مبادله كننده حرارتی با جریان متقابل به ابعادmm80*180*450 می باشد كه كمتر از kg 1 وزن دارد و مبادله كننده حرارتی مفتولی به راحتی برای شستشو در ظرفشویی های استاندارد جای میگیرد.

شکل5: مقطع عرضی شماتیك ساختمان در موقعیت اقلیمی - هلند در زمستان- اقلیم سرد

شكل 6: استفاده از پنجره نافس در تركیب با صفحات خنك كننده بسیار كار آمد تر از تصفیه هوا می باشد- اقلیم گرم

ابعاد سری اول نمونه 750*٢٠٠*180 میلی متر می باشد . پنجره نافس با تعبیه تهویه مكانیكی تعادلی در كنار تهویه طبیعی كار آرایی بهتری از خود نشان می دهد .

سنسور CO2 در غلظت ppm ٥٠٠ به طوراتوماتیك روشن می شود؛ همجنین در غلظت 1200ppm یك علامت نوری مشاهده می شود و وقتی كه غلظت به 1700ppm رسید یك علامت صوتی به معنی باز شدن حتمی درها و پنچره ها برای سالم نگه داشتن هوای درون شنیده می شود. حال سوالات زیر مطرح می گردد:

نیروی محرك چه میتواند باشد؛ مصرف كدام انرژی معقول تر است و سرعت هوای معین چه مقدار صوت ایجاد می كند؟

هر گاه هر دستگاه تهویه 4وات ظرفیت داشته باشد سطح صدا از30db بالا نمیرود. منفذ بزرگ هواگیر، سرعت هوای پائین را در كنار افزایش تأثیرات باد در ساختمان ها ی بلند مرتبه به همراه دارد. سیستم تهویه در ساختمان های بلند مرتبه بزرگ با از دست دادن تعادل در حین طوفان همراه است.

شكل 7: نتایج آزمایش در ایسلند
برای مقابله با این امر، محصور كردن هوای افقی و مجراهای خروجی با بادهای سنگین توصیه می شود؛ زیرا در این شرایط تهویه طبیعی مناسبی صورت خواهد گرفت. بر طبق محاسبات، نمونه اولیه بایستی بازده گرمایی متوسط 95% را داشته باشد. نمونه اولیه در پنجره یك آشپز خانه در ساحل جزیره ایسلند درسال 2003 امتحان شد كه بازده گرمایی آن بیش از 95%بود.

چهار گرما سنجی كه به وسیله دستگاه تهویه برگشت پذیر دمای جریان هوای متعادل را تنظیم می كردند، به خوبی كار می كردند. یك فرد به راحتی می توانست متوجه صدا و سرعت چرخش بالا حین طوفان بشود.(هم در جهت رو به باد و هم در جهت پشت به باد)
شكل 8: نمونه اولیه
اصلی ترین ایده ای كه در پنجره نافس نهفته است، سیستم تهویه محلی هوشمند است كه تقریبأ همه مزیت های سیستم های تهویه مركزی بزرگ را بدون كمترین مقدار ضرر و زیان طراحی مجدد و كوچك كردن ابعاد قسمتهای زیادی از یك سیستم تهویه كاری انجام پذیراست.
در پایان نامه Yonnic Decking دانشجوی طراحی صنعتی دانشگاه Delft در این مورد، ابعاد دومین نمونه شبیه نمونه اولیه طراحی شده بود. وی موفق به بهینه سازی كانال های سوخت رسان مبادل حرارتی مفتولی در نمونه اولیه شد. وی یك دستگیره نیز جهت بیرون آمدن مبادله كننده گرمایی وتمیز كردن آن در ماشین ظرفشویی در فضای خالی باقی مانده تعبیه كرده است . در این تحقیق تمام انواع تهویه كننده ها مورد بررسی قرار گرفته بودند.

سه ساختار متفاوت می تواند در انواع مختلف ساختمان ها وجود داشته باشد. قسمت شیشه ای شفاف، قسمت قاب عمودی پنجره و قسمت پانل یا دیوار بسته در ساختمان های موجود كه احتمالی ترین راه حل می باشند.

پنجره های نافس دركنار تهویه طبیعی و یا تهویه مكانیكی تعادلی – خیلی خوب حمل می كنند.

شكل 9: مبادله كننده حرارتی مفتولی با جریان متقابل كه به راحتی در ظرفشویی جای می گیرد

در این راستا می توان ویژگیهای اصلی پنجره های نافس را به طور خلاصه ذكر کرد:

تهویه سالم:

عدم وجود دودكش

مبدل گرمایی مفتولی مناسب

تهویه متعادل

كارآیی95%

سایزمناسب

كنترل هوشمند چند عملكردی

عملكرد باپنجره باز

تصعید یخی كم و یا عدم وجود آن

بازده ۳٥-٥٠m3/h

تكنولوژی ساختاری جدید و كاهش هزینه های ساخت

استحكام:

تهویه و ذخیره انرژی نا متمركز

كنترل شخصی برروی كیفیت

مبادله كننده گرمایی مفتولی ۱٥km

تهویه متعادل، بدون كانال های هوایی

عدم نیاز به سقف كاذب

استفاده ازكف زمین به عنوان توده گرمایی داخلی

زیر ساخت های هوشمند

كنترل و اتصال از طریق شبكه الكترونیكی

هشدار سریع با تغییرات موجود

مقاومت در برابر باد، درجه حرارت، زمان وغلظت co2

سیستم تخلیه و تمیز نمودن پیشرفته:

عدم جریان دوباره هوا

مبادل حرارتی كه به آسانی با ماشین ظرفشویی تمیز می شود

محافظ حشرات و فیلتر گردوغبار

بدون صدا

هشدار نوری در غلظت 1300 ppm ، CO2 و هشدار صوتی در 1700ppm

اخطار حریق درزمان شروع آن

توقف اتوماتیكی درغلظت co2 كمتراز 500-700، بسته به موقعیت مکانی

نقـــاط ضعف:

ایجاد صدا در نتیجه فشارزیاد

مبادل گرمایی و فیلتر گردوغبار شكننده

نیاز به چندین نقطه ذخیره انرژی و اتلاف آب

قرارگیری در 3 تا7 بخش از هر خانه برای بدست آمدن بیشترین کارایی

فرصت ها:

تولیدات جدید در بازار

ابداع ثبت شده

ذخیره انرژی برای گرم كردن خانه های جدید35%

حجم ساختمانی كم دراداره ها 15%

كاهش هزینه های ساختمان 10%

بازار جهانی برای دارندگان پروانه

تهدیدات:

كمبود پذیرش به خاطر محصول غیرمعمولی

تجربه ناچیز معرف كننده

عدم ثبت قابلیت اطمینان

مبلغ سرمایه گذاری بالا

عدم فروش برای مدت طولانی

نصب محصول درموسسه خارجی ساختمان

مقررات ساختمان

سوال و جوابــــــها:

پنجره های نافس به چه شكلی خواهد بود ؟
شبیه آنچه در شكل آمده است.

در چه ابعادی هستند؟
800 *140* 240 میلی متر

قیمت این پنجره چقدر می باشد ؟
بر آورده های اولیه به شرح زیر است:
1000 نمونه اولیه دست ساخت : 700تا 650 €
10000 نمونه نیمه تولیدی بعدی 450 تا 350 €

چه مشكلات صوتی قابل پیش بینی است؟
این پنجره نباید در بازار عرضه شود، مگر اینكه مشكلات صوتی آن حل شود (كمتر از dB30)

چه نوع سیستمی كنترلی به كار میرود؟
به دلخواه استفاده کننده

آیا می توان تهویه گرها را خاموش کرد؟
بله ولی در سطح غلظت 500-700 co2 ، به طور اتوماتیک می ایستد، بستگی به اقیم مکان دارد.

کنترل co2 چگونه کار می کند ؟
در سطح غلظت 1300ppm co2 یک علامت نوری ظاهر می شود و در 1700ppm یک سیگنال صوتی شنیده می شود در مورد آتش هم، این چنین است.

نتیجــــه

پنجره های نافس اگرچه در دست ساخت می باشد، ولی به نظر می رسد به جواب صحیح این سئوال در مورد بهبود تهویه مطلوب رسیده ایم که البته زمان، آن را ثابت خواهد کرد.

تعداد موارد کاربرد پنجره های نافس بسیار گسترده است، برای مثال مبدل گرمایی مفتولی مناسب اگر در بیمارستان ها به کار رود به آسانی قابل تعویض با نمونه تازه خود برای جلوگیری از عفونت می باشد. این مبدل در فضای کوچک مخصوص در قایق ها، کاروان ها و خانه های سیار به راحتی جای می گیرد.

پنجره های نافس حافظ سلامتی حتی در زمانی که آن را فراموش کرده ایم، می باشند.