در حدود 1700 سال پیش در امپراتوری روم باستان سیستم گرمایش از كف بعنوان یك روش تامین حرارت مطلوب مورد استفاده واقع می گردید. آنها با ایجاد كانال های مخصوص در زیر كف كاخ ها و حمام ها در فصول سرد سال این اماكن را گرم می كردند. امروزه پس از گذشت قرن ها و با اختراع سیستم های هیدرولیكی و پمپ های انتقال سیالات سیستم گرمایش از كف به عنوان یكی از رایج ترین شیوه های مدرن گرمایشی جهت تامین حرارت بسیاری از فضاهای مسكونی و صنعتی كاربرد دارد.
سیستم گرمایش كفی در جهان جدید نمی باشد و بصورت بسیار ابتدایی و ساده مورد استفاده قرار می گرفته است .در واقع برای اولین بار گرمایش كفی در حدود 60 سال بعد از میلاد یعنی روم باستان مورد استفاده قرار گرفته است.
رومیان با سوزاندن چوب و ایجاد گازهای متشعل و عبور دادن این گازها از كانالهای هوایی موجود در كف ساختمان اقدام به گرم كردن كف منازل خود می كردند . این روش مدتهای مدیدی مورد استفاده قرار گرفته است.
هم اكنون نیز همین سیستم گرمایشی مورد استفاده قرار می گیرد با این تفاوت كه نحوه عمل مقداری تغییر كرده است و بجای گاز داغ از آب گرم و بجای كانالها از لوله های مخصوص استفاده می كنند.
امروزه با پیشرفت تكنولوژی هزینه نصب سیستم گرمایش كفی كاهش یافته است و با استفاده از لوله های PEX دیگر مشكلات مربوط به لوله های مسی وفلزی و پلی بوتیلن را نخواهیم داشت .
لوله های پلی بوتیلن (PB) مدتها در این روش مورد استفاده قرار می گرفت اما بدلیل وجود مشكلاتی مانند نشتی آب، كم كم جای خود را به لوله های جدید تر دادند .
امروزه لوله های پلیمری جدیدی كه از جنس پلی اتیلن مشبك شده می باشند مورد استفاده قرار می گیرند. كه مانند لوله های PB نصب آنها بسیار آسان خواهد بود اما بخاطر ساختار مشبك آن خواص بهتری از خود نشان می دهند و مشكلات لوله های پلی بوتلین را ندارند .
آشنایی با سیستمهای گرمایش از كف
با افزایش روز افزون جمعیت و همچنین كاهش منابع انرژی، مصرف بهینه انرژی امری بدیهی می باشد. در این راستا نقش سیستم های گرمایشی بهینه ساختمان ها و مجتمع های مسكونی در كنترل و بهینه سازی مصرف انرژی مهم و قابل تامل می باشد. سیستم حرارتی گرمایش از كف كه انتقال حرارت به صورت تشعشعی (تابشی) سهم زیادی در فرآیند گرمایشی آن دارد، در مقایسه با سایر سیستمهای حرارتی نه تنها در صرفه جویی و بهینه سازی مصرف انرژی بلكه در مقوله رفاه و آسایش ساكنان ساختمان ها دارای نقاط قوت بسیاری می باشد. در سالهای اخیر ، سیستم گرمایشی از كف در كشورهای اروپائی و آمریكا بسیار متداول شده است و دلیل این گسترش روزافزون بهینه بودن مصرف انرژی ، توزیع یكسان گرما در تمامی سطح و فضا و دوری از مشكلات موجود در سایر روش ها ، به عنوان مثال سیاه شدن دیوارها ، گرفتگی و پوسیدگی لوله ها و… می باشد. استفاده از روش گرمایش از كف جهت گرمایش محل سكونت از دیرباز به طرق مختلف انجام می گرفته است. بطوریكه رومی ها زیر كف را كانال كشی كرده و هوای گرم را از آن عبور می دادند و كره ای ها دود حاصل از سوخت را قبل از اینكه از دودكش عبور كند از زیر كف انتقال می دادند. در سال 1940 نیز فردی بنام سام لویت برای این منظور لوله های آب گرم را در زیر كف قرار داد. دركشور ایران نیز درمناطق كوهستانی و سردسیر ازجمله آذربایجان این روش مورد استفاده قرار می گرفته، كه بیشترین مورد استفاده آن درحمام ها بود. به طور كلی سه نوع روش گرمایش از كف موجود است:
1-گرمایش با هوای گرم
2-گرمایش با جریان الكتریسیته
3-گرمایش با آب گرم
به دلیل اینكه هوا نمی تواند گرمای زیادی را درخود نگاه دارد روش هوای گرم در موارد مسكونی چندان به صرفه نیست و روش الكتریكی نیز فقط زمانی مقرون به صرفه است كه قیمت انرژی الكتریكی كم باشد. درمقایسه با دو روش ذكر شده، سیستم گرمایش با آب گرم ( هیدرولیك) مقرون به صرفه تر و خوشایندتر می باشد. بدین خاطر سالهای متوالی در سراسر دنیا مورد استفاده قرار گرفته است. روش گرمایش از كف به عنوان راحت ترین، سالم ترین و طبیعی ترین روش برای گرمایش شناخته شده است. همانطور كه افراد دریك روز سرد زمستانی توسط تشعشع خورشید احساس گرما می نمایند دراین روش نیز گرما را بوسیله انتقال حرارت تشعشعی (تابشی) از كف دریافت می كنند و یقیناً احساس آسایش بیشتری خواهند نمود. در این سیستم گرمایشی معمولاً دمای آب گرم موجود در لوله های كف خواب بین 30 تا60 درجه سانتی گراد می باشد كه درمقایسه با سایر روشهای موجود، كه دمای آب بین 54 تا 71 درجه سانتی گراد است، 20 تا40 درصد در مصرف انرژی صرفه جوئی می شود. در ساختمان هائی كه دارای سقف بلند می باشند استفاده از سیستم گرمایش از كف باعث كاهش مصرف انرژی و صرفه جوئی در مصرف سوخت می شود، به این خاطر كه در سایر روشها (مانند رادیاتور و بخاری) هوای گرم در اثر كاهش چگالی سبك شده و به سمت سقف می رود و اولین جائی را كه گرم می كند سقف می باشد (این موضوع به طور واضح درسمت چپ شكل زیر مشخص می باشد). به علت بالا بودن دمای هوا در كنار سقف میزان انتقال حرارت آن به سقف از هرجای دیگر بیشتر است و این عامل باعث اتلاف مقدار زیادی انرژی می شود. در روش گرمایش از كف ابتدا قسمت پائین كه مورد نیاز ساكنین است گرم می شود و هوا با دمای كمتری به سقف می رسد، كه این یكی از مزایای اصلی این سیستم می باشد. یكی دیگر از مزایای استفاده از روش گرمایش از كف كه امروزه بسیار مورد توجه واقع می شود آسایش و راحتی افراد می باشد، به طوریكه آسایش و راحتی فرد در محل سكونتش بدون اینكه از هر بابت دارای محدودیت باشد فراهم می شود. در نظر بگیرید كه بدن شما در یك اتاق بگونه ای گرم شود كه شما در هنگام استراحت هیچگونه هوای گرمی را استنشاق نكنید وتنفس شما بسیار ملایم صورت گیرد، این بهترین روش گرم كردن در یك آپارتمان و یا یك منطقه صنعتی است. همه اعضای بدن شما بخصوص پا كه بیشترین فاصله را با قلب دارد همیشه گرم خواهد ماند و این برای انسان بسیار مطلوب خواهد بود. همانگونه كه قبلاً اشاره شد در گرمایش بوسیله رادیاتور یا
بخاری دمای قسمت پائین اتاق سردتر از بالای آن می باشد كه این حالت برای كودكان كه دارای اندام كوچكی هستند ناخوشایند است، بطوریكه افزایش البسه آنها برای جلوگیری ازبیماری، آزادی كودكانه آنها را محدود می كند. سیستم گرمایش از كف برخلاف رادیاتور كه هوای محل سكونت را به دلیل گرمای بیش ازحد خشك می كند، رطوبت را درحد متعادل نگه می دارد. همانطور كه می دانید بیشتر افراد از كثیف شدن دیوارها و محیط زندگی در اثر استفاده ازمنابع گرمایی همچون بخاری و رادیاتور احساس نارضایتی می كنند. از آنجا كه درسیستم گرمایش از كف جریان هوا به آرامی از پایین به بالا می باشد بنابراین دیوار ها پاكیزه می مانند. همین امر در مورد افرادی كه دارای آلرژی (حساسیت) هستند بسیار مورد اهمیت است زیرا كه محیط زندگی عاری ازهرگونه محرك خواهد شد. استفاده از این سیستم در مكانهایی همچون آشپزخانه و حمام كه كف آنها معمولاً خیس و مرطوب است مناسب بوده و باعث خشك شدن كف می شود. مسئله مهم دیگر اینكه در این روش رطوبت زمین كه دربعضی ازمنازل منجر به بروز بیماریهای مفصلی می شود از بین رفته و باعث كاهش درد بیماران مبتلا به ناراحتی هایی از قبیل رماتیسم خواهد شد. همچنین از رطوبت دیوارها و كپك زدن آن كه شكل خوشایندی ندارد جلوگیری می شود و دیگر اینكه در این سیستم جایی برای رشد و تكثیر حشرات موزی وجود ندارد. یكی دیگر از فواید سیستم گرمایش از كف این است كه دیگر فضای منزل یا محل كار توسط دستگاههای رادیاتور و بخاری اشغال نمی شود و به همین منظور آزادی بیشتری در تغییر دكوراسیون محل زندگی خواهید داشت. شاید به نظر آید كه به هنگام نصب سیستم كف خواب دیگر نمی توانید پوشش مورد علاقه تان را برای كف انتخاب كنید! ولی این طور نیست. مطمئن باشید كه شما می توانید برای پوشش كف منزل خود از هر نوع مصالحی ازجمله سنگ، سرامیك، كاشی پاركت چوب و فرش نیز استفاده كنید بدون اینكه تأثیری درگرمای مطلوب محیط شما بگذارد. یكی دیگر از مزایای استفاده از سیستم گرمایش از كف در روشهای ذوب برف می باشد بطوریكه از این روش برای ذوب یخ یا برف موجود در پیاده روها، لنگرگاههای بارگیری، جاده ها، ورودی ساختمانها و بیمارستانها، باند فرود هواپیما و زمینهای ورزشی از جمله زمین فوتبال وغیره كه دسترسی آسان و سریع به محل الزامی است می توان استفاده كرد. بطوریكه این روش علاوه بركاهش هزینه های برف روبی و نمك پاشی، در حفظ ساختار موارد گفته شده بسیار موثر خواهد بود.
فواید استفاده از سیستم گرمایش كفی
1- اسایش و آرامش در بالاترین حد ممكن : درجه حرارت ثابت و دائمی دركلیه طول زمستان در نزدیكی كف ساختمان و در محلی كه شما قرار دارید وجود خواهد داشت . این حالت بسیار دلپذیری است كه محیط اطراف پا گرم بوده و هوای مورد تنفس گرمای زیادی نداشته باشد. پروفیل دمایی سیستم گرمایش کفی به پروفیل ایده آل بسیار نزدیک است، گرما به آرامی از کف به سمت سقف منتشر می شود، پای گرم و سر خنک، به سلامت کمک می کند..
2- ثابت بودن حرارت : بعلت جرم بسیار پوشش كف ساختمان در صورت هر گونه قطع برق و یا عوامل دیگر كه باعث توقف حرارت دهی مركزی باشد ، مدت زمان سرد شدن آپارتمان بسیار طولانی تر از سایر روشها می باشد . در این سیستم ابتدا مدت زمانی طول می كشد تا كف زمین به درجه حرارت مطلوب برسد ، ولی پس از گرم شدن این حرارت به صورت باثبات تری در طول مدت زمستان مورد استفاده قرار خواهد گرفت .
3- سبكی وزن ساختمان ، افزایش ارتفاع اتاقها : بعلت استفاده از یكنوع لوله با سایز پائین و همچنین حذف عبور لوله های تاسیساتی از روی یكدیگر ( كه عموما باعث بالا آمدن كف واحدها و پر كردن كف در زمان ساخت می شود ) ضخامت پوشش به مقدار زیادی كاهش می یابد. این امر ضمن كم كردن وزن ساختمان ( و در نتیجه استقامت بیشتر آن ) موجب افزایش ارتفاع سقف واحدها نیز می گردد.
4- صرفه جویی در مصرف سوخت : بعلت تماس مستقیم افراد با منبع گرمایش درجه حرارت اتاق در درجات پائین تری تنظیم می گردد. این امر موجب صرفه جویی 25 الی 40 درصد در مصرف سوخت خواهد شد .
5- آزادی عمل در دكوراسیون داخل منزل : بعلت قرار گرفتن این سیستم در داخل كف زمین اثاثیه را میتوان در هر گوشه از ساختمان قرار داد . این امر بخصوص در واحدهای كوچكتر و اتاق خوابهای بافضای محدود ، ملموس تر خواهد بود .
6- هوای پاكیزه تر و خشك نشدن هوا : در سیستم رادیاتوری ، عموما هوای اتاق خشك می شود . در بسیاری از موارد با قرار دادن كتری آب به روی رادیاتور سعی در افزایش رطوبت اتاق می شود . این مشكل در سیستم گرمایش كفی نمودی نخواهد داشت .
7- تمیزی دیوارها و اثاثیه منزل : بعلت سیكل گردش هوای داغ در زمان استفاده از رادیاتور عموما دیوارهای بالای رادیاتور بمرور زمان سیاه شده و دوده را بخود جذب می نماید . در سیستم گرمایش كفی ویرسبو این مشكل برطرف شده و دیوارها وسایر لوازم در طول زمان سیاه نخواهد شد .
8- افزایش ارزش منزل : استفاده از سیستم گرمایش كفی ویرسبو موجب افزایش ارزش منازل می شود اگر چه نصب این سیستم از لحاظ هزینه تفاوت چندانی باسیستم حرارت بتوسط رادیاتورهای مرغوب ندارد ، ارزش افزوده آن برای ساختمان بسیار بیشتر خواهد بود .
9- استفاده از منابع حرارتی مختلف : سیستم گرمایش كفی ویرسبو می تواند از منابع مختلفی برای تامین گرمایش استفاده كند . موتور خانه ، پكیچ و حتی حرارت خورشیدی می توانند در این سیستم مورد استفاده قرار گیرند .
10- خشك تر باقی ماندن زمینهای مرطوب و یا خیس : در صورت نصب سیستم گرمایش كفی ویرسبو در محلهای مانند آشپزخانه ، سرویسهای بهداشتی و زیر زمین ، در صورت خیس شدن كف این محلها بعلت شستشو بسرعت خشك خواهد شد .
روشهای کنترل دما در سیستم گرمایش کفی:
سیستم کنترل دمای بصورت دست
سیستم کنترل دمای اتوماتیک بصورت مکانیک
سیستم کنترل دمای اتوماتیک بصورت برقی
1. سیستم کنترل دمای بصورت دست
در این سیستم با استفاده از شیرآلات قطع و وصل متصل شده به خروجی های هر کلکتور،در جعبه مربوطه، امکان کنترل منطقه های حرارتی به صورت دستی امکان پذیر می گردد.از مزایای این سیستم، اقتصادی بودن و ساده بودن سیستم کنترلی، میتوان اشاره نمود.
2. سیستم کنترل دمای اتوماتیک بصورت مکانیک
در این سیستم با استفاده از نصب شیرآلات گرمایش کفی در داخل دیوار هر فضایگرمایشی، از طریق تنظیم ترموستات حرارتی نصب شده بر روی شیر گرمایش کفی داخل دیوار، دمای محیط مریوطه به صورت مکانیکی و اتوماتیک کنترل می گردد.در این روش داخل جعبه شیر گرمایشی، شیر تخلیه هوا نیز پیش بینی شده است.
3. سیستم کنترل دمای اتوماتیک بصورت برقی
در این سیستم شیرهای برقی که به حس گرهای الکتریکی در هرمحیط به طورجداگانه وصل شده اند، فرمان قطع و وصل هرمدار حرارتی را دریافت نموده و عملیات تنظیم خودکار هر محیط را انجام می دهند.امکان دیگری همانند، دبی سنج و یا دماسنج نصب شده بر روی هر خروجی وورودی کلکتور امکان کنترل های مختلف و متنوعی را برای کاربر ممکن می سازد.سیستم اتوماتیک برقی پایپکس کاملترین روش کنترلی دمائی فضای گرمایش کفی می باشد.
انواع منبع تامین کننده حرارتی ممکن جهت سیستم گرمایشی از کف:
سیستمهای گرمایش از کف همانند سیستم رادیاتور قابلیت اتصال به انواع منابع تامین کننده حرارتی را دارا میباشند. ولی با توجه به راندمان بالای گرمایش کفی دمای مورد نیاز به بیشتر از 50 درجه نمیرسد. از طرف دیگر دمای مورد نیاز سیستم آبرسانی حد اقل 60 درجه می باشد. در نتیجه در ساختمانی که از گرمایش کفی استفاده می کند نیاز به دو مدار با درجه حرارت متفاوت ضروری است که به روشهای ذیل ممکن می باشد:
استفاده از پکیج
استفاده از موتورخانه با 2 دیگ کوچک
استفاده از موتورخانه با یک دیگ و مبدل حرارتی
استفاده از موتورخانه با یک دیگ و الکترو والو با مدار بای پاس
مدل سازی اتلاف گرمای سیستم گرمایش کف با استفاده از یک مدل دو بعدی متصل به زمین
گزارش حاضر، یک مدل شبیه سازی دو بعدی از اتلاف گرما و حرارت را توسط یک ورقه روی پایه، برای سیستم حرارتی کفی، معرفی می کند. وظیفه این سیستم مدل سازی تأثیر آرایش و شکل کف پی ساختمان در کارایی سیستم گرمایش است. این مدل می تواند برای طراحی خانه های دارای پتانسیل مناسب برای سیستم حرارتی کف با توجه به اتلاف گرما از طریق شکل و ترکیب کف و پی ساختمان، استفاده شود.
بررسی ها نشان می دهد که برای یافتن میزان دقیق اتلاف گرما به زمین، مدل متحرک سیستم کف مهم است اما مهمتر از آن، تأثیر بسزایی است که پی ساختمان در اتلاف انرژی ساختمان ها که توسط سیستم حرارت کفی گرم می شوند، دارد. نتیجه این مدل سازی می تواند در طراحی خانه هایی با سیستم حرارتی کفی لحاظ گردد.
