Αριθμητική μελέτη ποιότητας αέρα σε αίθουσα διδασκαλίας

Abstract

Η μόλυνση του ατμοσφαιρικού αέρα είναι ένα γνωστό θέμα που απασχολεί την παγκόσμια κοινότητα, ενώ η μόλυνση του αέρα σε εσωτερικούς χώρους είναι ένα παλιό πρόβλημα που έχει τραβήξει έντονο επιστημονικό ενδιαφέρον τις τελευταίες δεκαετίες. Υπάρχει μεν εξάρτηση ανάμεσα στα δύο προβλήματα, αλλά είναι πολύ πιθανό η ποιότητα του εσωτερικού αέρα να είναι χειρότερη από αυτήν του εξωτερικού. Οι περισσότεροι εσωτερικοί ρύποι δεν προέρχονται από το εξωτερικό περιβάλλον, αλλά παράγονται μέσα στο ίδιο το κτίριο. Ακόμη όμως και όταν ο εσωτερικός αέρας δεν είναι ιδιαίτερα επιβαρυμένος με ρύπους, το γεγονός ότι η παραμονή των ατόμων μέσα στους χώρους αυτούς είναι συνήθως για μεγάλα χρονικά διαστήματα (60-90% του χρόνου τους), αυξάνει τη διάρκεια έκθεσης και την πιθανότητα να προκληθούν σοβαρά προβλήματα υγείας. Μια τέτοια περίπτωση αποτελούν και τα εκπαιδευτικά ιδρύματα, όπου η κακή ποιότητα του εσωτερικού αέρα στα κτίρια, καθώς και η κακή ρύθμιση του εσωτερικού θερμικού περιβάλλοντος, μπορεί να μειώσει την αποδοτικότητα τόσο των καθηγητών όσο και των μαθητών και να επιφέρει προβλήματα υγείας. Επιπρόσθετα, αυτές οι επιπτώσεις έχουν ως αποτέλεσμα την αύξηση του οικονομικού κόστους, λόγω πιθανώς της υψηλότερης κατανάλωσης ενέργειας, καθώς και της ανάγκης για ιατρική περίθαλψη, αναρρωτικές άδειες, αλλά και αποζημιώσεις. Για την επίτευξη, λοιπόν, της καλής ποιότητας του εσωτερικού αέρα και της θερμικής άνεσης στα κτίρια, πέρα από το σωστό σχεδιασμό του κτιρίου και την κατάλληλη επιλογή των υλικών που θα χρησιμοποιηθούν στην κατασκευή του, είναι σημαντική η εγκατάσταση ενός εξοπλισμού ρύθμισης του εσωτερικού θερμικού περιβάλλοντος και της ποιότητας αέρα. Η παρούσα διπλωματική εργασία είναι μία προσπάθεια διαστασιολόγησης ενός συστήματος κλιματισμού μιας αίθουσας διδασκαλίας, που ανήκει στο κτίριο του Π.Δ.Μ., τόσο για τη θερινή όσο και για τη χειμερινή περίοδο λειτουργίας του ιδρύματος. Έγινε στα πλαίσια των Προπτυχιακών Σπουδών του τμήματος Μηχανικών Διαχείρισης Ενεργειακών Πόρων του Πανεπιστημίου Δυτικής Μακεδονίας (Π.Δ.Μ.) και είχε στόχο τη ρύθμιση του εσωτερικού θερμικού περιβάλλοντος και της ποιότητας αέρα της συγκεκριμένης αίθουσας καθώς και την μελέτη κατανομής των θερμικών παραγόντων που επιλέχθηκαν. Σε πρώτο στάδιο (Κεφ. 1-1 έως 1-4) γίνεται αναφορά στους παράγοντες που μπορούν να επηρεάσουν την ποιότητα αέρα και την θερμική άνεση: οι κατηγορίες των ρυπαντών που απαντώνται στους εσωτερικούς χώρους, οι μηχανισμοί διασποράς των ρευμάτων αέρα, τα πρότυπα ποιότητας εσωτερικού περιβάλλοντος και θερμικής άνεσης, καθώς και τα διάφορα συστήματα κλιματισμού για την επίτευξη των επιδιωκόμενων εσωτερικών συνθηκών. Στη συνέχεια γίνεται αναφορά (Κεφ. 1-5) στη μεθοδολογία υπολογιστικής ρευστομηχανικής και τον τρόπο που αυτή χρησιμοποιήθηκε ως εργαλείο σχεδιασμού. Στο δεύτερο στάδιο (Κεφ. 2 και 3) παρουσιάζεται ο υπολογισμός των ψυκτικών φορτίων του χώρου, για την χειμερινή και θερινή περίοδο λειτουργίας του Π.Δ.Μ., έχοντας προηγουμένως προσδιορίσει τις συνθήκες εσωτερικού και εξωτερικού περιβάλλοντος και τις απαιτήσεις αερισμού. Με χρήση αυτών των αποτελεσμάτων σχεδιάστηκαν οι ψυχρομετρικές διεργασίες που ικανοποιούν τα φορτία αυτά και παρουσιάζουν το χαμηλότερο ενεργειακό κόστος. Ταυτόχρονα υπολογίστηκε η αναγκαία ισχύς των κλιματιστικών συστημάτων, η καταναλισκόμενη ενέργεια και η αναγκαία παροχή υγρασίας όπου αυτή ήταν απαραίτητη. Τέλος (Κεφ. 4) παρουσιάζεται μια παραμετρική μελέτη διαφόρων διατάξεων κλιματισμού της αίθουσας και της επίδρασης τους στην κατανομή των παραμέτρων θερμικής άνεσης και ποιότητας αέρα. Η μελέτη έγινε με τη βοήθεια ενός εμπορικού λογισμικού υπολογιστικής ρευστομηχανικής (ANSYS-CFX) και οδήγησε σε συγκεκριμένα συμπεράσματα (Κεφ. 5) σχετικά με την σημασία της τοποθέτησης των διαχυτήρων, των στοιχείων ελέγχου, αλλά και του τύπου του κλιματιστικού συστήματος για την ποιότητα του αέρα και του θερμικού περιβάλλοντος της αίθουσας.