انواع سیستم‌های گرمایشی

ما انسان‌ها در زمستان و تابستان، جهت گرم کردن خود، فضای زندگی و محیط کار، نیازمند هستیم که با هزینه پایینی، گرما را تولید کنیم.
گرمای تولید شده باید مقرون به صرفه باشد.
لذا ما باید با سه روش تولید گرما آشنا باشیم تا بتوانیم با انتخاب صحیح نوع سیستم‌های گرمایشی نیازمان را با بالاترین کیفیت و کمترین هزینه تامین نماییم.

انواع سیستم‌های گرمایشی

انواع سیستم‌های گرمایشی که می‌توانیم از آن‎ها استفاده کنیم عبارتند از:

1. همرفتی
2. رسانایی
3. تابشی

در ادامه هر یک از موارد فوق را توضیح خواهیم داد.

۱. روش همرفتی

یکی از راه‌های اصلی انتقال گرما همرفت یا جا به جایی است.
در انتقال گرما به روش همرفت قسمتی از ماده (هوا یا سیال) که گرم شده است به طرف بالا حرکت می‌کند و سپس قسمت‌های اطراف آن که هنوز گرم نشده‎اند جای آن را می‌گیرند.

به این ترتیب انرژی گرمایی از یک نقطه به نقطه دیگر منتقل شده و به تدریج تمام ماده (هوا یا سیال) گرم می‌شود.
بخاری‌های خانگی، سیستم رادیاتور منازل و ادارات، سیستم گرمایش از کف، بخاری‎های مولد هوای گرم، سیستم موتورخانه مرکزی در صنایع،کوره‌های هوای گرم و … از سیستم‌های گرمایشی به روش همرفتی است.

مشخصه اصلی این نوع سیستم حرارتی آن است که منبع تولید گرما در پایین قرار گرفته و هوای نزدیک منبع حرارتی، گرم شده و به سمت بالا حرکت می‌کند و هوای سرد جایگزین آن می‌گردد. این چرخه ادامه پیدا می‌کند تا با گذشت زمان ما احساس گرما کنیم.

محاسن سیستم گرمایش همرفتی

سیستم گرمایش همرفتی در فضاهای کوچک و محدود، همچون خانه‌ها و قسمت‌های اداری ساختمان‌های صنعتی، بهترین نوع سیستم حرارتی محسوب می‌گردد و ضمن آنکه هزینه آن توجیه‌پذیر است.
چنانچه تمامی استانداردها رعایت شده باشد، هوای پاک و سالمی ایجاد می‌شود.

 معایب سیستم گرمایش همرفتی

سیستم گرمایش همرفتی در تمامی فضاهای با مساحت بزرگ، فضاهای ارتفاع بلند و فضاهای باز و نیمه باز، یکی از پرهزینه‌ترین و زمانبر‌ترین سیستم‌های گرمایشی می‌باشد (مانند سالن‎های ورزشی، استخرها، سالن‎های صنعتی، گلخانه‎ها، سالن‎های تئاتر، کافی شاپ‎ها، رستوران‌ها، پارکینگ‌ها، تراس‎ها، سالن‌های صنعتی که مجبورند درب‌ها را باز بگذارند و …).
با این حال می‌‎توان قیمت سیستم گرمایشی گلخانه را با هزینه‌ایی مناسب برای گلخانه‌ها احداث کرد.

چرا که طبق خاصیت سیستم گرمایش همرفتی، هوای گرم به سمت بالا حرکت کرده و هوای سرد جایگزین آن می‎گردد.
از طرفی چون مساحت و ارتفاع زیاد است، ما مجبوریم تمامی فضای فوق را گرم کنیم تا در کف سالن، گرما را احساس کنیم.

1. زمانبر بودن
2.  پرمصرف بودن
3. تحمیل هزینه‌های بالای انرژی
4.  عدم یکنواختی دما در فواصل مختلف از دستگاه
5. اتلاف انرژی زیاد

در ادامه هر یک از موارد فوق را توضیح خواهیم داد.

۱. زمانبر بودن

اولین عیب آن، صرف زمان زیاد است که باعث مصرف زیاد انرژی می‌گردد.
به نحوی که در برخی از پروسه‌ها باید در طول ۲۴ ساعت سیستم گرمایش همرفتی روشن باشد.
به عنوان مثال در کارخانه‌های صنعتی که از سیستم گرمایش همرفتی استفاده می‌کنند، روزهای تعطیل هم باید سیستم‌های گرمایشی روشن باشد تا در روز بعد از تعطیلی، سالن گرمایش مطلوبی را داشته باشد.

 ۲. پرمصرف بودن

یکی از عیوب سیستم گرمایش همرفتی آن است که مقدار برق و گاز مصرفی در واحد زمان این سیستم به نسبت سیستم‎های تابشی بین ۶۰ تا ۹۰ درصد بالاتر است.

۳. تحمیل هزینه‌های بالای انرژی

با توجه به تصاعدی شدن نرخ حامل‌های انرژی و با نگاه به دو عیب اول (زمانبر بودن و پرمصرف بودن) سیستم گرمایش همرفتی، به این نتیجه می‌رسیم که هزینه تامین انرژی این سیستم بسیار بسیار بالاست و توجیه اقنصادی ندارد.

۴. عدم یکنواختی دما در فواصل مختلف از دستگاه

یکی دیگر از عیوب سیستم‌های گرمایشی همرفتی، عدم یکنواختی دما در فواصل مختلف از منبع گرمایش همرفتی می‌باشد به نحوی که رضایت مصرف کننده تامین نمی‌شود.
در فواصل نزدیک، احساس گرمای شدید و حالت تهوع و در فواصل دور از منبع، سرما احساس می‌شود.

۵. اتلاف انرژی زیاد

یکی دیگر از عیوب سیستم‌های گرمایشی همرفتی، هدر رفت هوای گرم و جایگزین شدن هوای سرد به جای آن می‎باشد.
با توجه به چگالی پایین و سبک بودن هوای گرم، هوای گرم  به سمت بالا حرکت می‌کند و از طریق منافذ مختلف، پنجره‌ها، درب‌ها و … ساختمان به بیرون فرار می‌کند و هوای سرد، جایگزین آن می‌گردد.

لذا می‌توان ضریب پرت انرژی در ساختمان‌های مختلف را نیز عامل افزایش هزینه‌های سیستم گرمایش همرفتی برشمرد.

۲. روش رسانایی

گفتیم یکی از روش‌های انتقال گرما، رسانایی است.
در این روش یک سمت یک میله فلزی حرارت می‎بیند و گرما از طریق رسانایی فلز، به سمت دیگر فلز انتقال می‎یابد.
این روش در بسیاری از پروسه‎های صنعتی مورد استفاده قرار می‎گیرد.

۳. روش تابشی

سومین روشی که از دیر باز در طبیعت موجود بوده و انسان و طبیعت از آن خیلی خوب بهره برده‌اند، روش گرمایش تابشی می‎باشد.
با وجود آنکه بزرگترین منبع گرمایش تابشی زمین  یعنی خورشید، اولین منبع گرمایش انسان بوده است، ولی سیستم گرمایش تابشی، آخرین سیستم گرمایشی بوده که بشریت به تکنولوژی آن دست یافته است.

انسان‎های بسیاری به فکر تولید انرژی تابشی بوده‎اند تا اینکه ویلیام هرشل ستاره شناس انگلیسی در سال ۱۸۰۰ میلادی، کشف کرد که امواج گرمایی، امواج مادون قرمز هستند.

محاسن سیستم گرمایش تابشی  

مهم محاسن سیستم گرمایشی تابشی عبارتند از:

1. سهولت در ایجاد گرمایش
2. زمان پاسخگویی کم
3. کم مصرف
4. کاهش هزینه‌های انرژی

در ادامه هر یک از محاسن را توضیح خواهیم داد.

۱. سهولت در ایجاد گرمایش

اساس کار گرمایش تابشی، گرمایش از طریق تابش امواج  حرارتی است و امواج حرارتی، هوا را گرم نمی‎کنند بلکه به هر سطح و جسمی که برخورد کنند باعث ایجاد گرمایش در آن می‎شوند.

به همین علت در سیستم گرمایش تابشی، ارتفاع اهمیتی ندارد و این مطلب باعث می‌شود که گرمایش سالن‌های ارتفاع بلند با وجود سیستم گرمایش تابشی کاری سهل و راحت باشد.

۲. زمان پاسخگویی کم

گفتیم در سیستم گرمایش تابشی، امواج حرارتی باعث انتقال گرما می‌شوند و با توجه به اینکه سرعت انتقال امواج بسیار بسیار بالاست سرعت ایجاد گرمایش نیز بسیار بالاست به گونه‌ای که می‌توان زمان پاسخگویی در انواع دستگاه‌های تابشی را بین ۱ دقیقه تا ۱۰ دقیقه ذکر کرد.

حال تصور کنید که یک سالن مساحت بالا (مثلا ۱۰۰۰۰ متر مربعی) با ارتفاع مثلا ۱۵ متر را بتوانید در مدت ۱۰ دقیقه گرم نمایید.
شاید باور این مطلب کمی سخت باشد ولی واقعیت این است که نسل جدید سیستم‌های گرمایش تابشی، زمان پاسخگویی بسیار پایینی دارند و باعث صرفه جویی در مصرف انرژی می‌گردند.

حال اگر بخواهیم همین سالن را با سیستم گرمایش همرفتی گرم نماییم با توجه به ارتفاع سالن امکانپذیر نیست، شاید اگر ۲۴ ساعت قبل، تمام هیترهای هوای گرم را روشن نماییم، بتوانیم با هزینه انرژی بالا و صرف زمان زیاد، سالن مربوطه را فقط به مقدار کمی گرم نماییم.

۳. کم مصرف

یکی از مهمترین ویژگی‌های سیستم‌های گرمایش تابشی، مصرف بسیار پایین انرژی آنهاست.
مصرف برق این دستگاه‎ها بین ۱۰ وات تا ۱۲۵ وات می‎باشد و مصرف گاز آن بین ۱ متر مکعب تا ۴.۵ متر مکعب در ساعت می‎باشد.

در مقام مقایسه بین مقدار انرژی مصرفی سیستم گرمایش تابشی با مقدار انرژی مصرفی سایر سیستم‌های سنتی و صنعتی، می‎توان اثبات کرد که سیستم گرمایش تابشی باعث کاهش ۹۰ درصدی مصرف برق و کاهش ۶۰ تا ۷۰ درصدی مصرف گاز می‎گردد.

۴. کاهش هزینه‌های انرژی

دو عامل باعث کاهش هزینه انرژی سیستم گرمایش تابشی نسبت به سایر سیستم‎های گرمایش همرفتی می‎گردد.
اولین عامل، زمان پاسخگویی بسیار پایین سیستم گرمایش تابشی است به عبارت دیگر سرعت ایجاد و انتقال گرما در این سیستم بسیار بالاست.
دومین عامل، کم مصرف بودن سیستم‎های گرمایش تابشی است.

کم مصرف بودن، در کنار سرعت پاسخگویی سریع  سیستم‎های گرمایش تابشی، دو پارامتر مکمل یکدیگرند که مصرف انرژی دستگاه را به شدت کاهش می‎دهند و باعث کاهش هزینه‎های انرژی دستگاه می‎گردد.
این کاهش انرژی در طول ۲ تا ۳ سال اول، باعث بازگشت سرمایه اولیه دستگاه می‎گردد.

نکته آخر آنکه ایران کشوری است که دارای ذخایر عظیم نفت و گاز است و بهای انرژی در آن بسیار پایین است ولی شکی نیست که دولتمردان در بودجه تصویبی هر سال، بحث افزایش قیمت حامل‎های انرژی را دنبال می‎کنند.

در آینده نزدیک تنها شرکت‌ها و مجموعه‌هایی موفق و ماندگارند که هزینه‌های انرژی خود را کاهش داده و توان مقابله با رقبای بزرگتر را دارا باشند.
جهت کاهش هزینه‌های انرژی در بخش گرمایشی، سیستمی بهتر و مرغوب‌تر از سیستم گرمایش تابشی وجود ندارد.