أنظمة معالجة الهواء طابقًا بطبق - أنظمة تكييف الهواء بالطابق السفلي

كيف تتيح معالجة الهواء طابقًا بطبق التحكم المستهدف في المناخ

التقسيم الرأسي من خلال إمداد هواء مستقل لكل طابق

عندما تقوم المباني بإدارة الهواء على أساس كل طابق على حدة، فإنها تُنشئ مناطق حرارية منفصلة لكل مستوى، بدلاً من الطريقة القديمة التي يتم فيها معاملة المبنى بأكمله بالطريقة نفسها من الأعلى. يمتلك كل طابق نظام تزويد هواء خاص به، ما يعني أنه يمكننا تقسيم المساحات رأسياً وفقاً لكيفية استخدام الناس للمساحات، نوع المعدات العاملة هناك، ومقدار أشعة الشمس التي تصيب أجزاء مختلفة من المبنى. ولهذا الأمر أهمية خاصة في المباني الشاهقة. إذ تتلقى الطوابق العليا حوالي 40 بالمئة أكثر من الحرارة الناتجة عن أشعة الشمس مقارنة بالمناطق عند مستوى الأرض، وبالتالي تختلف احتياجات التبريد بشكل كبير بين الطوابق. وبفضل عدم حدوث هذا المزج الكبير للهواء بين الطوابق، يمكن لمديري المباني ضبط الأمور بدقة عالية. فقد يقومون بتبريد غرف الخوادم دون جعل المكاتب المجاورة باردة جداً، أو زيادة تدفق الهواء في غرف الاجتماعات عندما تكون ممتلئة بالكامل خلال ساعات العمل. وما فائدة أخرى؟ إنها تمنع انتشار المشاكل عبر المبنى. فإذا أصبح طابق ما شديد الحرارة أو البرودة، فلن يضطر النظام بأكمله إلى التعويض في جميع أنحاء المبنى.

دور الطبقات الحرارية في التبريد الدقيق

الطريقة التي يفرق بها الهواء الدافئ والبارد بشكل طبيعي تصبح مفيدة جداً في تلك أنظمة توزيع الهواء تحت الأرضية من طابق لآخر. الهواء البارد يخرج من تحت الأرض عند حوالي 18 إلى 19 درجة مئوية ويستقر حيث يعمل الناس فعلياً، والذي عادة ما يكون بين مستوى الأرض وارتفاع حوالي مترين. عندما تنتج الأشياء الداخلية الحرارة، فإنها تسخن الهواء من حولها، مما يجعله يرتفع نحو فتحات التهوية السقف. هذا يخلق اختلافاً ثابتاً جداً في درجة الحرارة من الأسفل إلى الأعلى. يعمل كل شيء على مبادئ الفيزياء الأساسية، مما يجعل التبريد أكثر كفاءة لأننا نركز الطاقة بالضبط حيث يحتاجها البشر أكثر. بالإضافة إلى ذلك، لا يتعين على المشجعين العمل بجد بسبب حركة الهواء الطبيعية. أما أماكن المكاتب تبقى مريحة عند درجة الحرارة من 22 إلى 24 درجة بينما السقف يمكن أن يصبح دافئاً جداً، في بعض الأحيان يصل إلى 28 أو حتى 30 درجة. تظهر الدراسات التي أجرتها ASHRAE أنه عندما يتم التعامل مع تأثير التطبيع هذا بشكل صحيح ، فإن المباني توفر في أي مكان من 25٪ إلى 30٪ على تكاليف التبريد مقارنة بنظم الهواء المختلط التقليدية. هذا أساساً لأنّه لا جدوى من تبريد كلّ تلك المساحة الفارغة فوق حيث لا أحد يجلس على أيّة حال.

دراسة حالة: برج المكاتب ذو 24 طابقاً في سنغافورة باستخدام جلسات استماع UFAD الخاصة بالطابق (بيانات مؤشر NEA 2022).

قام برج تجاري من 24 طابقاً في سنغافورة بتنفيذ مجالس UFAD خاصة بالطابق مع مناطق مضغوطة مستقلة ومكابح حجم الهواء المتغير (VAV) تستجيب لأجهزة استشعار الإشغال في الوقت الحقيقي. ووفقاً لدراسة المرجعية لعام 2022 لوكالة البيئة الوطنية:

حقق المشروع وفورات طاقة المروحة بنسبة 32٪ عن طريق القضاء على خسائر الاحتكاك في قنوات العمل وتقليل متطلبات الضغط الثابت. تحسنت توحيد درجة الحرارة عبر الطوابق بنسبة 40%، مع القضاء على النقاط الساخنة تقريباً حتى خلال فترات الذروة الشمسية.

تكامل النظام: وحدات معالجة الهواء والجلسات الكاملة تحت الأرض

التوفيق المعماري: دمج AHU مع UFAD لمعالجة الهواء من الطابق إلى الطابق

عند دمج وحدات معالجة الهواء (AHUs) مع أنظمة توزيع الهواء تحت الأرضية (UFAD)، يجب على المهندسين المعماريين التنسيق بعناية حول عدة جوانب هيكلية. ويجب عليهم محاذاة عناصر مثل تجاويف الأرضيات والفتحات الرأسية بحيث تتكامل كلا المنظومتين دون التأثير على متطلبات ارتفاع السقف. يؤدي تنفيذ ذلك بشكل صحيح إلى إنشاء مسارات تدفق هواء مباشرة من وحدات معالجة الهواء إلى غرف التوزيع تحت الأرضية، ما يعني إمكانية التخلي عن شبكة القنوات المعقدة التي تُستخدم عادةً. ووفقًا للمعايير الصناعية، فإن المباني التي تدمج هذه الأنظمة تشهد عادةً انخفاضًا يبلغ نحو 18٪ في تكاليف التركيبات الميكانيكية. كما تميل المشاريع إلى الإنجاز بوتيرة أسرع نظرًا لاحتياجها إلى مساحة ميكانيكية أقل بشكل عام. وعند وضع وحدات معالجة الهواء عند مستوى الأرضية، يحصل مديرو المرافق على شيء ذي قيمة كبيرة، ألا وهو التحكم الدقيق في المناطق الحرارية المختلفة. وهذا يمكنهم من تعديل درجات الحرارة خصيصًا لكل منطقة مستأجرة أو بناءً على درجة اشغال المساحات الفعلية، دون القلق بشأن التأثير على الطوابق الأخرى العلوية أو السفلية.

الوحدات الهوائية المعيارية وغرف الضغط المنظمة: معيار حديث (نتائج ASHRAE RP-1794)

عندما يتعلق الأمر بالتعامل الفعّال مع الهواء في الطوابق المنفردة، فقد أصبحت وحدات المعالجة الهوائية المعيارية (AHUs) المدمجة مع غرف التوزيع المنظمة حسب الضغط هي المعيار للأداء العالي. تعمل هذه الوحدات المصنوعة مسبقًا بشكل جيد عبر تخطيطات المباني المختلفة دون فقدان السيطرة على مستويات الضغط الثابت، حيث تظل عادةً ضمن حدود 5٪ من القيم المستهدفة. وفقًا للدراسات الصادرة عن مشروع ASHRAE's RP-1794، فإن هذه الأنظمة تقلل استهلاك طاقة المراوح بنحو ربع الكمية مقارنة بالأساليب القديمة. ما يميزها هو ذكاءها في استخدام المساحات. إذ يقوم نظام الغرفة بتكييف كمية الهواء تلقائيًا بناءً على وجود الأشخاص فعليًا في المنطقة، حيث يضخ هواءً أكثر عند دخول الناس ويقلل من الكمية عندما تُترك المكاتب شاغرة ليلاً. وهذا يمنع إهدار الطاقة في تدفئة أو تبريد غرف فارغة، ويوفّر للمشغلين نحو 19 سنتًا لكل قدم مربع شهريًا في المباني الشاهقة. كما يقدّر فرق الصيانة استخدام القطع القياسية، إذ يستغرق استبدال المكونات حوالي أربع ساعات بدلًا من اثني عشر ساعة أو أكثر مع الأنظمة التقليدية، ما يعني تقليل وقت التوقف وزيادة رضا مديري المرافق.

الكفاءة الطاقوية والطبقية الحرارية في أنظمة توزيع الهواء من الأسفل إلى الأعلى لكل طابق على حدة

خفض استهلاك طاقة المراوح بنسبة تتراوح بين 22 و35% من خلال توزيع الهواء على مستوى الطابق (تقرير وزارة الطاقة - مختبر لورانس بيركلي الوطني 2023)

تستفيد أنظمة UFAD المثبتة طابقًا تلو الآخر من الطريقة التي يتحرك بها الحرارة بشكل طبيعي عبر المباني لتوفير الطاقة. عندما يتم دفع الهواء البارد من مستوى الأرضية من خلال تلك الفتحات الصغيرة، فإنه يبقى في الأسفل حيث يحتاجه الناس أكثر، بينما يصعد الهواء الدافئ ويُسحب قرب السقف. كما أن فرق درجة الحرارة وحده له أهمية كبيرة أيضًا — يمكن لهذه الأنظمة العمل عند حوالي 17 إلى 18 درجة مئوية بدلًا من الـ13 المعتادة، مما يقلل احتياجات التبريد بنسبة تتراوح بين 20 و30 بالمئة وفقًا للحسابات. أظهرت دراسة حديثة من LBNL عام 2023 أمرًا مثيرًا للاهتمام حول أنماط تدفق الهواء داخل فراغات الأرضيات المرتفعة. وجدوا أن تدفق هواء أفضل يعني في الواقع ضغطًا أقل داخل النظام، وبالتالي لا تحتاج المراوح إلى بذل جهد كبير. وهذا ينعكس في استهلاك أقل للطاقة من قبل المراوح بنسبة تتراوح بين 22 و35 بالمئة مقارنة بالأنظمة التقليدية العلوية. ما يساعد حقًا هنا هو المسافات الأقصر لتحريك الهواء، وعمل المراوح بسرعة أبطأ، والتصاميم الوحدوية للفراغات التي تحافظ على التوازن دون الحاجة إلى طاقة إضافية كبيرة. لكن الأهم من ذلك كله أن النظام بأكمله يركز على تسخين وتبريد الثلث السفلي فقط من أي مساحة، لأن هذا هو المكان الذي يحدث فيه العمل الفعلي. هذا النهج المستهدف يوفر المال في تكاليف التشغيل دون التسبب في أي إزعاج لأحد. اجمع بين الفيزياء البسيطة القديمة وتصميم ذكي للنظام، فماذا نحصل؟ نموذجًا مثيرًا للإعجاب للمباني الخضراء التي تحقق أداءً استثنائيًا.

الأسئلة الشائعة

ما هو التعامل مع الهواء طابقًا بطبق؟

التعامل مع الهواء طابقًا بطبق هو نظام يُنظم تدفق الهواء لكل مستوى من مبنى بشكل منفصل، مما يتيح تحكمًا أكثر دقة في درجة الحرارة وتدفق الهواء.

كيف تسهم الطبقة الحرارية في توفير الطاقة؟

تستفيد الطبقة الحرارية من الارتفاع الطبيعي للهواء الدافئ لتحسين كفاءة التبريد من خلال تركيز جهود تكييف الهواء في المناطق التي يتواجد بها الأشخاص، وبالتالي تقليل تكاليف الطاقة.

ما الفوائد التي حققها برج المكاتب في سنغافورة باستخدام نظام توزيع الهواء من تحت الأرضية (UFAD)؟

شهد البرج انخفاضًا بنسبة 25.4٪ في استهلاك الطاقة، وزيادة بنسبة 43٪ في راحة القاطنين، وتحسّنًا في كفاءة التهوية بمقدار 22 نقطة.