تاسیسات مکانیکی شاخه ای از مهندسی مکانیک است که به منظور تامین خدمات تاسیساتی و اسایشی یک پروژه مسکونی یا تاسیسات صنعتی استفاده میشود . این خدمات شامل طراحی و اجرای زیرساخت های مکانیکی ساختمان ها یا تاسیسات صنعتی ، سیستم گرمایش، سرمایش، تهویه، اطفا حریق و … و همچنین نحوه کارکرد دستگاه های مرتبط و محل خطوط پایپینگ آن میشود.
تاسیسات یکی از بخشهای اصلی پروژه نظیر طراحی سازه و معماری در بخش ساخت و ساز است که به دو بخش تاسیسات مکانیکی و تاسیسات برقی تقسیم میشود؛ امروزه پروژه‌های تاسیسات الکتریکی و مکانیکی تقریباً به دو پروژه مجزا تبدیل شده‌اند.
پروژه های تاسیسات مکانیکی توسط مهندسان مکانیک و نقشه کش های فنی با هدف تامین استانداردها و شرایط مطلوب آسایشی، انطباق با تکنولوژی های جدید، کاهش مصرف و هزینه های انرژی و … تهیه می شود. بنابراین، مهم است که همه سیستم ها با یکدیگر سازگار باشند تا کیفیت مطلوب خروجی را تامین کنند.
انواع تاسیسات مکانیکی
سیستم تاسیسات مکانیکی از قسمت های زیر تشکیل شده است.
- سیستم گرمایش
- سیستم سرمایش یا تهویه مطبوع
- سیستم تهویه و توزیع هوا
- سیستم آبرسانی
- سیستم توزیع سوخت یا گاز شهری
- سیستم فاضلاب
- سیستم آب گرم
- سیستم اطفاء حریق
سیستمهای گرمایشی
هدف از این سیستم تامین گرمای مورد نیاز در فصول سرد سال است که شامل دیگ های گرمایش ،رادیاتورها، فن کویل ها، کنوکتورها یا سایر تجهیزات گرمایشی میشود.
گرمایش بزرگترین هزینه انرژی و تولید آلاینده ها در اکثر ساختمان ها است که حدود 35 تا 50 درصد مصرف انرژی سالانه را تشکیل می دهد.
ترکیبی از تلاش‌های صرفه‌جویی و یک سیستم گرمایشی جدید با راندمان بالا می‌تواند خروجی آلاینده ها و هزینه سوخت را تا یک سوم و در برخی ساختمانها به نصف کاهش دهد.
سیستمهای گرمایشی به دو حالت کلی گرمایش مرکزی و گرمایش مستقیم تقسیم میشوند:
گرمایش مرکزی
1) کوره (سیستم توزیع هوای اجباری)
این نوع از سیستم های گرمایشی توسط یک کوره ی معمولاً گازسوز تغذیه می شود، هوای گرم تولید شده در کوره از طریق یک سری مجراها عبور می کند و در سراسر خانه توزیع می شود. کوره ها همچنین می توانند با استفاده از برق، پروپان یا نفت کار کنند
2) بویلر (سیستم توزیع رادیاتور)
بویلر یا دیگ بخار یکی دیگر از سیستم های گرمایش مرکزی رایج است. در این نوع سیستم ها آب گرم یا بخار، از طریق لوله ها برای تامین گرمایش فرستاده میشود. با اینکه این نوع سیستم ها قابلیت استفاده در محل را دارند اما هزینه نصب آنها به مراتب گرانتر از سیستم های کوره ها هستند.
3) پمپ حرارتی
از پمپ های حرارتی برای هردو هدف سرمایش و گرمایش در ساختمان استفاده میشود. این نوع سیستم ها از مبرد و الکتریسیته برای انتقال گرما به جای تولید مستقیم آن مانند یک کوره گازی استفاده می کنند. در نتیجه اغلب بسیار کارآمدتر از انواع دیگر سیستم های گرمایشی هستند. پمپ های حرارتی برای آب و هوای معتدل که دما به ندرت به زیر صفر می رسد، بهترین کارایی را دارند.
4) گرمایش هیبریدی
گرمایش هیبریدی بازده انرژی یک پمپ حرارتی را با قدرت یک کوره گازی ترکیب می کند و در نتیجه هم برای گرمایش و هم برای سرمایش قابل استفاده است. از آنجایی که این نوع سیستم تنها به یک سیستم بخصوص متکی نیست، فشار قابل توجهی از هر دو واحد را کاهش میدهد، بنابراین هزینه های تعمیر و تعویض آن کاهش پیدا میکند.
حرارت مستقیم
- بخاری های گازی
تجهیزات گرمایش مستقیم گازسوز شامل کوره های دیواری، ایستاده، و کوره های زمینی میشود که خروجی حرارت نسبتاً کمی دارند. از آنجا که این نوع از سیستمها فاقد کانال هستند، برای گرم کردن یک اتاق یک نفره بسیار مفید هستند. در صورت نیاز به گرمایش چند اتاق، یا باید درهای بین اتاق ها باز بماند یا روش گرمایش مرکزی استفاده شود.
2) بخاری های گازی بدون تهویه
بخاری های گازی یا نفتی که دارای دریچه اگزوز نیستند، دهه ها است که فروخته می شوند، اما مشکلات بهداشتی و ایمنی بسیار پایینی دارند. این وسایل شامل بخاری های دیواری و ایستاده و همچنین شومینه های گازی با شعله باز ی هستند که در واقع به دودکش متصل نیستند. در صوذت استفاده از آنها حداقل باید یک پنجره برای تامین هوای تازه و اکسیژن در نزدیکی آن باز باشد که در این صورت اتلافات گرمایی بالایی خواهد داشت.
3) بخاری های برقی قابل حمل
بخاری برقی ارزان است، اما استفاده از آن پرهزینه. مکانیزم تولید گرمای آن همانند توستر یا اتو لباس است که در آن جریان برق توسط مقاومت الکتریکی مستقیماً به گرما تبدیل می کنند. گرمای مقاومت الکتریکی معمولاً گرانترین نوع گرما است و بنابراین به ندرت توصیه می شود چرا که برای تحویل همان مقدار گرمای مفیدی که گاز طبیعی یا نفت می توانند در محل ارائه دهند، برق زیادی مصرف می شود.
4) شومینه ها
شومینه های گازی (و بیشتر چوبی) که معمولا به خاطر ظاهر دکوراتیوشان استفاده میشوند عموماً گرمای بیشتری را نسبت به آنچه که فراهم میکنند، از دست میدهد، زیرا هوای گرم زیادی از داخل دستگاه کشیده میشود و باید با هوای سرد بیرون جایگزین شود. اما اگر شومینه با درب شیشه ای محکم، تامین مناسب هوا و دمپر خوب دودکش ارائه شود، می تواند اتلافات کمتری داشته باشد.
سیستم های سرمایش
تهویه هوا، یا سرمایش، پیچیده تر از گرمایش است چرا که درآن به جای استفاده از انرژی برای ایجاد گرما، از انرژی برای از بین بردن گرما استفاده می کند. رایج ترین سیستم تهویه مطبوع از یک چرخه تراکمی (شبیه به همان چیزی که در یخچال خانگی استفاده می شود) برای انتقال گرما از ساختمان به بیرون استفاده می کند.
انواع سیستم های خنک کننده
- تهویه مطبوع مرکزی و پمپ های حرارتی
تهویه مطبوع مرکزی و پمپ های حرارتی برای خنک کردن کل ساختمان طراحی میشوند. در هر سیستم، یک واحد کمپرسور بزرگ، فرآیند را هدایت می کند، یک فن کویل یا مبرد، هوا را خنک می کند و سپس هوای سرد از طریق کانال ها در سراسر خانه پخش میشود. پمپ های حرارتی مانند تهویه مطبوع مرکزی هستند، با این تفاوت که چرخه را می توان معکوس کرد و برای گرمایش در ماه های سرد استفاده کرد.
- چیلرهای جذبی
چیلرهای جذبی که گاهی اوقات چیلرهای تبخیری نیز نامیده می شوند، کمتر از چیلرهای تراکمی رایج هستند، اما یک جایگزین خوب در مناطق بسیار خشک هستند. اساس کار این سیستم ها تبخیر آب در فشار پایین است که نیاز به گرما و درجه حرارت پایین تری دارد و این باعث میشود بتوان دمای پایین تری از آب را تامین کرد و به هوا منتقل کرد. سپس هوای خنک تر در مدار ساختمان به گردش در می آید. یک چیلر جذبی می تواند دمای هوای بیرون را تا 30 درجه کاهش دهد.
چیلرهای جذبی می توانند تا 75٪ در هزینه های سرمایش در طول تابستان صرفه جویی کنند زیرا تنها جزء مکانیکی که از برق استفاده می کند فن است. به علاوه، از آنجایی که این فناوری ساده‌تر است، خرید آن نیز می‌تواند بسیار کمتر از یک تهویه مطبوع مرکزی و در حدود نصف هزینه ی آن باشد.
- کولر گازی مینی اسپلیت بدون داکت
سیستمهای مینی اسپلیت مانند تهویه مطبوع مرکزی معمولی، از کمپرسور/کندانسور بیرونی و واحدهای انتقال هوای داخلی استفاده می کنند؛ تفاوت این است که هر اتاق یا منطقه ای که قرار است خنک شود، هواگیر مخصوص به خود را دارد. هر واحد داخلی از طریق یک مجرای حامل خطوط برق و مبرد به واحد خارجی متصل می شود. واحدهای داخلی معمولاً بر روی دیوار یا سقف نصب می شوند.
سیستم های تهویه و توزیع هوا
تهویه هوا فرآیند انتقال هوای بیرون به داخل ساختمان یا یک اتاق و توزیع آن است. هوای تازه هوای آلوده داخل را رقیق می کند و همچنین مقداری از هوای آلوده جایگزین آن می شود. هدف اولیه از تهویه، تهیه هوای سالم برای تنفس افراد در آن مکان است.
انواع سیستمهای تهویه :
- تهویه طبیعی:
سیستمهای تهویه طبیعی یا سنتی از نیروهای طبیعی مانند باد و شناوری برای هدایت هوای بیرون به داخل ساختمان استفاده میکنند. سه عامل برای کارکرد تهویه طبیعی نقش دارند. این عوامل عبارتند از آب و هوا، فعالیتهای انسانی و طراحی ساختمان.
در طول طراحی یک ساختمان، طراح باید برخی از دهانه های هدفمند مانند درها، پنجره ها، دودکش های خورشیدی، برج های بادی و غیره را فراهم کند. اگر این دهانه ها به درستی کار کنند، یک سیستم تهویه طبیعی به کاهش مصرف انرژی تا 20 تا 25 درصد کمک می کند.
- تهویه مکانیکی:
در این سیستم فن های مکانیکی تهویه مکانیکی را انجام می دهند. فن ها را می توان مستقیماً در پنجره ها یا دیوارها یا در کانال های هوا نصب کرد تا هوای داخل یا خارج از اتاق را تامین کند.
نوع تهویه مکانیکی مورد استفاده بستگی به آب و هوا دارد. به عنوان مثال، در آب و هوای گرم و مرطوب، ممکن است به حداقل رساندن یا جلوگیری از نفوذ از سیستم تهویه مکانیکی فشار مثبت استفاده می شود. برعکس، در آب و هوای سرد، برای جلوگیری از تراکم میانی ، باید از تهویه با فشار منفی استفاده کرد. سیستم فشار منفی اغلب برای اتاق هایی با آلاینده های محلی استفاده میشود، مانند حمام، توالت یا آشپزخانه.
در سیستم فشار مثبت، اتاق تحت فشار مثبت است و هوای اتاق از طریق نشتی در پاکت یا منافذ دیگر به بیرون نشت می کند. در سیستم فشار منفی، مکان در فشار منفی است و هوای اتاق با مکش هوای بیرون جبران می شود.
- تهویه هیبریدی:
تهویه هیبریدی به استفاده همزمان از دو حالت قبلی اطلاق میشود. هنگامی که تهویه طبیعی دارای دبی بسیار کم باشد، تهویه مکانیکی به کمک آن می آید. زمانی که تهویه طبیعی به تنهایی قابل قبول نباشد، می توان فن های خروجی را برای افزایش سرعت تهویه نصب کرد. اینها دارای پیش آزمون و برنامه ریزی کافی برای عملکرد صحیح هستند.
- تهویه نقطه ای
به منظور بهبود اثربخشی سیستم های تهویه طبیعی و مکانیکی، تهویه نقطه ای به وجود آمد. این نوع تهویه شامل استقرار فن های اگزوز محلی است، همان فن هایی که در حمام یا آشپزخانه استفاده می شود. رطوبت و آلودگی هوای داخل منبع خود را از بین می برد و در نتیجه کارایی سیستم تهویه را بهبود می بخشد
- (TAC)
درجه حرارت ایده آل و سطح آسایش از فردی به فردی دیگر متفاوت است. در یک محل از ساختمان ممکن است بعضی از افراد احساس گرما و بعضی دیگر احساس سردی کنند. سیستم های تهویه سنتی نمی توانند ترجیحات فرد برای چنین حالتیی فراهم نمایند. اینجاست که (TAC) نقش خود را ایفا می کند. این فناوری نسبتاً جدید جریان هوا را در یک فضا تنظیم می کند. افرادی که مایل به خنک شدن بیشتر هستند جریان هوا را افزایش می دهند در حالی که کسانی که ترجیح می دهند گرم باشند جریان هوا را کاهش می دهند یا آن را منحرف می کنند.
سیستم آب گرم
این سیستم آب گرم مورد نیاز برای شستشو، استحمام یا سایر نیازها را فراهم می کند و گرمای مورد نیاز آن عموما از طریق سوخت گاز طبیعی زغال سنگ و نفت دیزل و … تامین میشود.
گرمایش آب دومین بخش بزرگ مصرف انرژی خانگی (15 تا 27) درصد و منبع انتشار گازهای گلخانه ای (تا 25٪) در یک ساختمان است. البنه هنگامی که از یک منبع تجدید پذیر استفاده می شود، انتشار گازهای گلخانه ای کاهش می یابد یا حذف می شود.
سیستم های آب گرم به دو حالت کلی تفسیم میشوند:
مبتنی بر ذخیره سازی:
آب ذخیره شده در یک مخزن و گرم نگه داشته شده و همیشه آماده است. سیستم های خارج از پیک فقط در زمان های کم پیک گرم می شوند.
آنی :
آب فقط در صورت نیاز گرم می شود و در مخزن ذخیره نمی شود.
انواع سیستم های آب گرم :
- منبع گازی
بخاری های آب گرم گازی معمولاً به دلیل نیازهای هواگیری در فضای باز نصب می شوند. آنها هزینه های خرید، نصب و اجرا متوسط به بالا دارند.
جریان پیوسته (که آنی نیز نامیده می شود) رایج ترین نوع آبگرمکن گازی است.
سیستم های ذخیره سازی گاز به ویژه در آب و هوای سرد ناکارآمد هستند. آنها تلفات حرارتی بسیار بالایی دارند زیرا امکان عایق بندی در نقطه ای که شعله گاز مخزن را گرم می کند وجود ندارد.
- پمپ حرارتی
آبگرمکن های پمپ حرارتی بسیار کارآمد هستند و 30 درصد انرژی یک سیستم آب گرم برقی معمولی را مصرف می کنند. این سیستم ها از چرخه تبرید برای استخراج گرما از هوا برای گرم کردن آب استفاده می کنند.
پمپ های حرارتی در صورت استفاده از کمپرسور می تواند مانند سیستم تهویه مطبوع پر سر و صدا باشد.
- خورشیدی
سیستمهای آب گرم خورشیدی شامل پنلهای خورشیدی تخت یا پنلهای لوله‌های و یک واحد مخزن ذخیره‌سازی است که روی پشت بام یا در سطح زمین نصب میشود.
در مناطقی با آفتاب کمتر در اواسط سال و شب های سرد طولانی، واحدهای آب گرم خورشیدی ممکن است به یم منبع کمکی با استفاده از گاز یا برق نیاز داشته باشند. خرید و نصب سیستم های آب گرم خورشیدی گران است.
