سیستم های گرمایش خانگی

عبارت HVAC – گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع – برای شرح سیستم کنترل جوی کلی در یک خانه به کاربرده می شود. صرف نظر از این که چه سیستم HVAC استفاده می شود، هدف تمام وسایل گرمایش ایجاد انرژی گرمایی از یک منبع سوختی و انتقال آن به فضاهای نشیمن برای حفظ دمای مطلوب محیط است. سیستم های گرمایش می توانند از انواع منابع سوختی استفاده کنند شامل گاز طبیعی، پروپان، نفت، بیوسوخت (مانند چوب) و برق. برخی از خانه ها بیش از یک سیستم گرمایش دارند مانند زمانی که زیرزمین توسط یک سیستم متفاوت با بقیه خانه گرم می شود.

سیستم های گرمایش-سرمایش هوای متحرک

رایج ترین سیستم HVAC در خانه های مدرن با اختلاف سیستم هوای متحرک است که از یک شعله با فن دمنده استفاده می کند که هوای گرم شده را از طریق شبکه ای از داکت ها به اتاق های مختلف خانه منتقل می کند. سیستم های هوای متحرک در تنظیم دمای اتاق سریع هستند و چون سیستم های تهویه مطبوع نیز می توانند از همین دمنده و شبکه داکت به طور مشترک استفاده کنند، این یک سیستم HVAC کلی کارآمد است.

منابع سوختی

شعله هایی که سیستم های هوای متحرک را راه می اندازند را می توان با گاز طبیعی، پروپان مایع (LP)، نفت یا برق تغذیه کرد.

توزیع

هوایی که توسط شعله گرم شده یا هوای گرم شده توسط المنت از طریق شبکه ای از داکت ها به دریچه های گرمایش در هر اتاق توزیع می شود. سیستم دیگری از داکت ها هوا را از طریق جریان بازگشتی هوای سرد به شعله بازمی گرداند.

مزایا

• سیستم های هوای متحرک را می توان فیلتر کرد تا گردوغبار و مواد آلرژی زا حذف شود. بااین حال، آن ها می توانند مقدار مواد آلرژی زا درون هوا را افزایش دهند.
• تجهیزات مرطوب کننده یا خشک کننده را می توان با سیستم هوای متحرک ادغام کرد.
• شعله های هوای متحرک نسبتاً ارزان هستند.
• این شعله ها می توانند به بالاترین نرخ AFUE (بازده مصرف سوخت سالانه) هر سیستم گرمایش برسند (ولی این بدین معنا نیست که کارآمدترین روش برای گرم کردن خانه هستند).
• سیستم های هوای متحرک می توانند سرمایش را با ظرفیت های گرمایش ترکیب کنند.

معایب

• نیاز به داکت و گرفتن فضا در دیوارها.
• فن شعله ها می توان پرسروصدا باشد.
• هوای متحرک می تواند باعث پخش مواد آلرژی زا شود.
• هوای متحرک می تواند خشک شود مگر اینکه مرطوب شود.
• چون سیستم های هوای متحرک هوا را گرم می کنند نه اشیای داخل اتاق را این راحت ترین فرم گرمایش در نظر گرفته نمی شود.

سیستم های شعله ای هوای گرانشی

پیش از سیستم های هوای متحرک، شعله های هوای گرانشی نیز هوا را از طریق سیستم داکت های فلزی توزیع می کنند، اما به جای حرکت دادن هوا به وسیله دمنده، سیستم های هوای گرانشی با فیزیک ساده حرکت رو بالای هوای گرم و حرکت رو به پایین هوای سرد کار می کنند. شعله هوای گرانشی در زیرزمین هوا را گرم می کند که از طریق داکت به اتاق های مختلف بالا می رود. هوای سرد از طریق سیستم داکت بازگشتی هوای سرد به شعله بازمی گردد. شعله های به اصطلاح «اختاپوسی» که در بسیاری از خانه های قدیمی یافت می شوند، شعله های هوای گرانشی هستند.

سیستم های هوای گرانشی دیگر نصب نمی شوند ولی در بسیاری از خانه های قدیمی به طور مؤثر به کار خود ادامه می دهند.

منبع سوختی

شعله های هوای گرانشی را می توان با گاز طبیعی، پروپان مایع (LP)، نفت یا برق سوخت رسانی کرد.

توزیع

هوای تهویه شده از طریق داکت های فلزی به چرخه درمی آید.

مزایا

• سیستم های گرانشی هیچ قسمت متحرکی ندارند و می توانند برای چندین دهه بمانند.
• تجهیزات سیستم بسیار قابل اطمینان است و نگهداری کمی نیاز دارد.

معایب

• هوا را نمی توان به طور مؤثر فیلتر کرد.
• بازده انرژی نسبت به شعله های جدید پایین تر است.
• تنظیمات دما کند است چراکه سیستم ها توسط جریانات همرفتی ساده کار می کنند.

سیستم های گرمایش تابشی از کف

گرمایش از کف مدرن نوعی از سیستم گرمایش تابشی است. گرمایش تابشی از گرمای هوای متحرک متفاوت است به طوری که در آن به جای گرم شدن فقط هوا، اشیا و مواد مانند مبلمان و کف سازی گرم می-شوند. اکثر سیستم های تابشی کل خانه گرما را به وسیله آب داغ گرم شده درون یک دیگ بخار یا آب گرم کن پخش می کنند.

گرمایش از کف شامل لوله های پلاستیکی آب نصب شده درون دال بتنی طبقات یا متصل شده به بالا یا زیر کف های چوبی است. این روش بی سروصدا است و به طورکلی بازده انرژی بالایی دارد. این روش خانه را به آرامی گرم می کند و نسبت به هوای متحرک زمان بیشتری برای تنظیم دما می برد ولی گرمای آن بادوام تر است.

همچنین سیستم های گرمایش از کفی وجود دارد که از سیم های برق نصب شده زیر مصالح کف سازی، معمولاً سرامیک یا سنگ، استفاده می کنند. این ها از سیستم های آب گرم کم بازده تر هستند و معمولاً فقط در فضاهای کوچک مانند سرویس های بهداشتی مورداستفاده قرار می گیرند.

 

منابع سوختی

سیستم های لوله کشی آب گرم به طورمعمول توسط یک دیگ بخار مرکزی گرم می شوند که می تواند توسط گاز طبیعی، پروپان مایع (LP) یا برق سوخت رسانی شود. آب گرم همچنین می تواند توسط سیستم های آب گرم خورشیدی تأمین شود که به طور رایج به عنوان ضمیمه ای تکمیلی برای سیستم های مبتنی بر سوخت استفاده می شوند.

توزیع

سیستم های گرمایش از کف معمولاً توسط جریان آب گرم درون لوله های پلاستیکی توزیع می-شوند.

مزایا

• سیستم های تابشی راحتی، حتی گرما تأمین می کنند.
• سیستم های تابشی زمانی که توسط دیگ بخار گرم شوند می توانند بسیار بازدهی انرژی بالایی داشته باشند.

معایب

• سیستم های تابشی نسبتاً در گرم شدن و تنظیم تغییرات دما کند هستند.
• نصب سیستم های گرمایش از کف می توان گران باشد.
• در صورت بروز مشکلات تعمیری دسترسی به لوله کشی مخفی دشوار است.
• سیستم های مبتنی بر دیگ بخار را نمی توان با سیستم تهویه مطبوع ادغام کرد.

سیستم های رادیاتور و دیگ بخار سنتی

خانه و ساختمان های آپارتمانی قدیمی تر معمولاً به وسیله سیستم های رادیاتور و دیگ بخار سنتی گرم می-شوند. این ها شامل یک دیگ بخار مرکزی است که بخار و آب گرم را از طریق لوله ها به واحدهای رادیاتور قرارگرفته به طور استراتژیک در اطراف خانه منتقل می کنند. رادیاتور کلاسیک – یک واحد آهنی که معمولاً نزدیک پنجره ها قرار دارد – معمولاً رادیاتور بخار نامیده می شود اگرچه این عبارت در برخی موارد دقیق نیست.

در واقعیت، دو نوع سیستم وجود دارد که از این رادیاتورهای قدیمی استفاده می کند. دیگ های بخار واقعی درواقع بخار گازی را از طریق لوله ها به رادیاتورها منتقل می کنند که دوباره به آب میعان شده و دوباره برای گرم شدن به دیگ بخار بازمی گردد. سیستم های رادیاتور مدرن آب گرم را با پمپ های برقی به رادیاتورها منتقل می کنند. آب گرم حرارت خود را در رادیاتور آزاد می کند و آب سرد شده برای گرم شدن بیشتر به دیگ بخار بازمی گردد. سیستم های رادیاتوری آب گرم در اروپا بسیار رایج هستند.

منابع سوختی

سیستم های رادیاتور/دیگ بخار را می توان با گاز طبیعی، پروپان مایع، نفت یا برق سوخت رسانی کرد. دیگ های بخار قدیمی حتی با زغال سنگ نیز تغذیه می شده اند.

توزیع

گرما به وسیله بخار یا آب گرم در حال چرخش درون لوله های فلزی به رادیاتورهایی تولید می شود که به شکلی ساخته شده اند که انتقال انرژی گرمایی را تسهیل کنند.

مزایا

• گرمای تابشی نسبتاً راحت است و به مانند هوای متحرک هوا را خشک نمی کند.
• رادیاتورها را می توان به قرنیزهای مخفی یا رادیاتورهای پانل دیواری ارتقا داد.
• زمانی که دیگ های بخار قدیمی جایگزین می شوند، دیگ های بخار مدرن می توانند بازدهی انرژی بسیار خوبی ارائه کنند.

معایب

• رادیاتورها می توانند ازنظر بصری زیبا نباشند.
• موقعیت رادیاتورها می تواند قرارگیری مبلمان و پوشش پنجره ها را محدود کند.
• سیستم های مبتنی بر دیگ بخار را نمی توان با سیستم تهویه مطبوع ترکیب کرد.

رادیاتور قرنیزی آب گرم

نوع مدرن تری از گرمایش تابشی سیستم قرنیزی آب گرم یا سیستم هیدرونیک است. این سیستم ها نیز از یک دیگ بخار مرکزی برای گرم کردن آب استفاده می کنند به طوری که آن را از طریق سیستمی از لوله های آب به واحدهای گرمایشی قرنیزی مخفی منتقل می کند که گرما را به وسیله پره های فلزی نازک که اطراف لوله های آب هستند از آب به اتاق منتقل می کند. این لزوماً یک نسخه ارتقا و تکامل یافته سیستم های رادیاتور ایستاده قدیمی است.

منابع سوختی

دیگ های بخار سیستم های هیدرونیک را می توان با گاز طبیعی، پروپان مایع (LP)، نفت یا برق سوخت رسانی کرد. می توان با سیستم های گرمایش خورشیدی نیز به آن ها کمک کرد.

توزیع

• آب داغ توسط دیگ بخار گرم شده و به واحدهای قرنیزی “پره-لوله” نصب شده روی دیوارها منتقل می شود. این پره ها سطح انتشار گرما را برای بازدهی بیشتر افزایش می دهند.
• گرما توسط جریان همرفت طبیعی منتقل می شود: هوای گرم شده از واحد قرنیزی بالا می رود درحالی که هوای سرد به سمت واحد برای گرم شدن حرکت می کند.

مزایا

• سیستم های هیدرونیک می توانند بازدهی انرژی عالی داشته باشند.
• سیستم های هیدرونیک به دلیل نداشتن فن یا دمنده بی سروصدا هستند.
• دما را می توان به دقت کنترل کرد.
• سیستم های رادیاتوری بادوام هستند و به تعمیرات و نگهداری اندکی نیاز دارند.

معایب

• واحدهای قرنیزی تابش/همرفت نباید مسدود شوند و می توانند در قرارگیری مبلمان و طراحی چالش ایجاد کنند.
• رادیاتورها در گرم شدن کند هستند.
• سیستم های آب گرم را نمی توان با سیستم های تهویه مطبوع ترکیب کرد.
• اگر گرما برای دوره بیش ازحدی درون لوله ها نباشد لوله ممکن است درخطر انجماد باشند.

سیستم های گرمایش پمپ حرارتی

جدیدترین فناوری گرمایش (و سرمایش) خانه پمپ حرارتی است. با استفاده از سیستمی مشابه تهویه مطبوع، پمپ های حرارتی گرما را از هوا گرفته و آن را با استفاده از هواساز داخلی به خانه منتقل می کنند. سیستم های خانگی استاندارد پمپ های حرارتی با منبع هوا هستند که گرما را از هوای خارج می گیرند. همچنین پمپ های حرارتی با منبع زمینی یا ژئوترمال که هوا را از عمق زمین می گیرند به همراه پمپ های حرارتی با منبع آبی که برای به دست آوردن حرارت متکی به یک آبگیر یا دریاچه هستند.

نوع معروفی از پمپ حرارتی با منبع هوا، سیستم مینی اسپلیت یا بدون داکت است. این سیستم دارای یک کمپرسور نسبتاً کوچک در بیرون و یک یا چند هواساز داخلی است که به راحتی در اتاق ها یا نواحی دوردست یک خانه اضافه می شوند. سیستم های پمپ حرارتی معکوس پذیر هستند و می توان در تابستان آن ها را در حالت تهویه مطبوع قرار داد. پمپ های حرارتی می توانند بازدهی انرژی خوبی داشته باشند ولی برای آب وهوای نسبتاً ملایم مناسب هستند؛ آن ها در آب وهوای خیلی گرم یا خیلی سرد کارآمد نیستند.

منابع سوختی

پمپ های حرارتی معمولاً با برق کار می کنند اگرچه مدل های گاز طبیعی نیز در دسترس هستند.

توزیع

گرما و سرما توسط واحدهای نصب شده روی دیوار که هوا را از روی کویل های مرطوب کننده متصل به یک پمپ خارجی می دمد که گرما را از خارج خانه جذب می کند، توزیع می شود.

مزایا

• این سیستم ها هم گرما و هم سرما ارائه می کنند.
• پمپ های حرارتی بازدهی انرژی خوبی دارند.
• واحدهای دیواری منحصربه فرد امکان کنترل دقیق هر اتاق را فراهم می کند.
• فن ها نسبت به سیستم های هوای متحرک مرکزی بی سروصدا تر هستند.
• نیازی به داکت نیست.

معایب

• پمپ های حرارتی برای آب وهوای نسبتاً ملایم مناسب هستند.
• توزیع هوای گرم شده یا سرد شده می تواند به دلیل خارج شدن از یک واحد (در هر اتاق یا ناحیه) محدود شود.

سیستم های گرمایش مقاومت الکتریکی

هیترهای قرنیزی الکتریکی و دیگر انواع هیترهای الکتریکی بیشتر به خاطر هزینه بالای برق به طور رایج برای سیستم های گرمایش خانگی مورداستفاده قرار نمی گیرند. بااین حال آن ها گزینه محبوبی برای گرمایش در زیرزمین های تمام شده، دفاتر خانگی و اتاق های فصلی (مانند ایوان های سه فصلی یا اتاق های آفتاب گیر) هستند. هیترهای برقی نصب آسان و کم هزینه ای دارند و نیازی به داکت، لوله، هواساز یا دیگر تجهیزات توزیع ندارند. واحدها ارزان هستند و هیچ قسمت متحرکی ندارند و مجازاً نیازی به هیچ تعمیر و نگهداری ندارند.

علاوه بر هیتر های قرنیزی مرسوم، هیترهای تابشی برقی وجود دارند که با تابش گرم می کنند. این ها معمولاً نزدیک سقف نصب می شوند و به سمت ساکنین اتاق جهت دهی می شوند که گرمای متمرکز بیشتری نسبت به واحدهای قرنیزی ایجاد می کند. هیترهای تابشی همچنین بازدهی بهتری نسبت به واحدهای قرنیزی دارند.

توزیع

هیترهای قرنیزی از جریان همرفت طبیعی برای به چرخه درآوردن گرما در اتاق استفاده می کنند. هیترهای دیواری و هیترهای چندگانه معمولاً فن های داخلی دارند که هوای گرم شده را می دمند.

مزایا

• واحدهای هیتر تطبیق پذیر هستند و می توانند تقریباً هرجایی نصب شوند.
• این سیستم ها تنها به یک مدار الکتریکی برای تأمین برق نیاز دارند.
• واحدهای بدون فن بدون سروصدا کار می کنند.
• هیترهای برقی تابشی اشیای اتاق را گرم می کنند مانند گرمایش تابشی از کف.
• هیچ داکت کشی یا نصب گران قیمتی نیاز نیست.

معایب

• هزینه عملیاتی هیترهای برقی بسیار گران است.
• آن ها مقدار زیادی برق مصرف می کنند و بنابراین نقش به سزایی در مصرف بی رویه شبکه برق و مشکلات مربوطه دارند.
• بیشتر برق توسط نیروگاه های زغال سنگی تولید می شود بنابراین هیترهای برقی درحالی که در حین کار بی آلودگی هستند به طور چشمگیری در آلودگی هوا و کربن جوی نقش دارند.