वेंटीलेटिव कूलिंग

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वेंटिलेटिव कूलिंग आंतरिक स्थानों को शीतल करने के लिए प्राकृतिक या यांत्रिक संवाहन (वास्तुकला) का उपयोग है।[1] बाह्य वायु का उपयोग इन प्रणालियों के शीतलन भार और घरेलू ऊर्जा खपत को कम करता है, जबकि उच्च गुणवत्ता वाली आंतरिक स्थितियों को बनाए रखता है; निष्क्रिय शीतलन से ऊर्जा की खपत समाप्त हो सकती है। वेंटिलेटिव कूलिंग रणनीतियों को इमारतों की विस्तृत श्रृंखला में लागू किया जाता है और पुनर्निर्मित या नई उच्च कुशल इमारतों और शून्य-ऊर्जा इमारतों (जेडईबी/(ZEBs)) को साकार करने के लिए भी महत्वपूर्ण हो सकता है।[2] इमारतों में संवाहन (वास्तुकला) मुख्य रूप से आंतरिक वायु गुणवत्ता कारणों से सम्मिलित होता है। इसका उपयोग अतिरिक्त ताप वृद्धि को दूर करने के साथ-साथ वायु के वेग को बढ़ाने और इस तरह ऊष्मा सुविधा सीमा को बढ़ाने के लिए भी किया जा सकता है।[3] वेंटीलेटिव कूलिंग का मूल्यांकन दीर्घकालिक मूल्यांकन सूचकांकों द्वारा किया जाता है।[4] वेंटिलेटिव कूलिंग उपयुक्त बाह्य स्थितियों की उपलब्धता और इमारत की ऊष्मा भौतिक विशेषताओं पर निर्भर है।

पृष्ठभूमि

पिछले वर्षों में, इमारतों में अधितापन न केवल डिज़ाइन चरण के दौरान बल्कि संचालन के दौरान भी चुनौती रही है। कारण हैं:[5][6]

  • उच्च प्रदर्शन ऊर्जा मानक जो ताप प्रधान जलवायु में ताप की मांग को कम करते हैं। मुख्य रूप से ऊष्मा रोधन स्तर में वृद्धि और अंतः स्यंदन (एचवीएसी) दरों पर प्रतिबंध को संदर्भित करता है।
  • ठंड के मौसम के दौरान उच्च बाह्य तापमान की घटना, जलवायु परिवर्तन और ताप द्वीप प्रभाव के कारण डिजाइन चरण में विचार नहीं किया गया।
  • डिज़ाइन चरण (प्रदर्शन में अंतर) के दौरान आंतरिक ताप लाभ और अधिभोग व्यवहार की सटीकता के साथ गणना नहीं की गई थी।

कई अधिभोग के बाद (पोस्ट ऑक्यूपेंसी) सुविधा अध्ययनों में न केवल गर्मी के महीनों के दौरान, बल्कि संक्रमण अवधि के दौरान, समशीतोष्ण जलवायु में भी अधितापन अधिकांशतः वर्णन की जाने वाली समस्या है।

संभावनाएँ और सीमाएँ

वेंटिलेटिव कूलिंग की प्रभावशीलता की जांच कई शोधकर्ताओं द्वारा की गई है और कई अधिभोग के बाद मूल्यांकन वर्णन में इसका दस्तावेजीकरण किया गया है।[7][8][9] प्रणालीशीतलन प्रभावशीलता (प्राकृतिक संवाहन या संवाहन (वास्तुकला)) स्थापित की जा सकने वाली वायु प्रवाह दर, निर्माण की ऊष्मा क्षमता और तत्वों के गर्मी हस्तांतरण पर निर्भर करती है। ठंड की अवधि के दौरान बाह्य वायु की शीतलन शक्ति बहुत अधिक होती है। वात प्रवाह का जोखिम भी महत्वपूर्ण है। गर्मियों और संक्रमण के महीनों के दौरान बाह्य वायु शीतलन शक्ति दिन के दौरान घर के अंदर अधिक गर्मी की भरपाई करने के लिए पर्याप्त नहीं हो सकती है और वेंटिलेटिव कूलिंग का उपयोग केवल रात की अवधि के दौरान सीमित होगा। रात्रि संवाहन भवन निर्माण में दिन के दौरान संचित गर्मी लाभ (आंतरिक और सौर लाभ) को प्रभावी ढंग से हटा सकता है।[10] स्थान की शीतलन क्षमता के आकलन के लिए सरलीकृत तरीके विकसित किए गए हैं।[11][12][13][14] ये विधियां मुख्य रूप से भवन विशेषताओं की जानकारी, सुविधा सीमा सूचकांक और स्थानीय जलवायु डेटा का उपयोग करती हैं। अधिकांश सरलीकृत तरीकों में ऊष्मा जड़त्व को नजरअंदाज कर दिया जाता है।

वेंटीलेटिव कूलिंग के लिए महत्वपूर्ण सीमाएँ हैं:

विद्‍यमान नियम

नियमों में वेंटीलेटिव कूलिंग आवश्यकताएँ जटिल हैं। दुनिया भर के कई देशों में ऊर्जा प्रदर्शन गणना स्पष्ट रूप से वेंटिलेटिव कूलिंग पर विचार नहीं करती है। ऊर्जा प्रदर्शन गणना के लिए उपयोग किए जाने वाले उपलब्ध उपकरण, विशेष रूप से वार्षिक और मासिक गणना के माध्यम से, संवाहन कूलिंग के प्रभाव और प्रभावशीलता को मॉडल करने के लिए उपयुक्त नहीं हैं।[15]

व्यष्टि अध्ययन (केस अध्ययन)

दुनिया भर में वेंटिलेटिव कूलिंग रणनीतियों का उपयोग करने वाली बड़ी संख्या में इमारतें पहले ही बनाई जा चुकी हैं।[16][17][18] वेंटिलेटिव कूलिंग न केवल पारंपरिक, प्री-एयर-कंडीशन (पूर्व वातानुकूलन) वास्तुकला में पाई जा सकती है, बल्कि अस्थायी यूरोपीय और अंतरराष्ट्रीय कम-ऊर्जा वाले घरों में भी पाई जा सकती है। इन इमारतों के लिए निष्क्रिय रणनीतियाँ प्राथमिकता हैं। जब निष्क्रिय रणनीतियाँ सुविधा प्राप्त करने के लिए पर्याप्त नहीं होती हैं, तो सक्रिय रणनीतियाँ लागू की जाती हैं। अधिकांश स्थितियों में गर्मी की अवधि और संक्रमण के महीनों के लिए, स्वचालित रूप से नियंत्रित प्राकृतिक संवाहन का उपयोग किया जाता है। गर्मी के मौसम के दौरान, आंतरिक वायु गुणवत्ता कारणों से ताप पुनर्प्राप्ति संवाहन के साथ यांत्रिक संवाहन का उपयोग किया जाता है। अधिकांश इमारतें उच्च तापीय द्रव्यमान प्रस्तुत करती हैं। विधि के सफल निष्पादन के लिए उपयोगकर्ता का व्यवहार महत्वपूर्ण तत्व है।

निर्माण घटकों और नियंत्रण रणनीतियों

संवाहन कूलिंग के भवन घटकों को जलवायु-संवेदनशील भवन डिजाइन के सभी तीन स्तरों, अर्थात साइट डिजाइन, वास्तुशिल्प डिजाइन और तकनीकी हस्तक्षेप पर लागू किया जाता है। इन घटकों का समूह इस प्रकार है:[1][19]

  • वायु प्रवाह मार्गदर्शक संवाहन घटक (खिड़कियां, छत की रोशनी, दरवाजे, अवमंदक और ग्रिल, पंखा (मशीन), फ्लैप, धूम्रमार्ग, विशेष प्रभाव वाले वेंट)
  • वायुप्रवाह बढ़ाने वाले संवाहन निर्माण घटक (चिमनी, अटरिया, वेंचुरी वेंटिलेटर, पवन अभिग्राहित्र, पवन टॉवर और स्कूप, दुगना अग्रभाग, हवादार दीवार)
  • निष्क्रिय शीतलन निर्माण घटक (संवहनी घटक, बाष्पीकरणीय घटक, चरण परिवर्तन घटक)
  • प्रवर्तक (श्रृंखला, रैखिक, रोटरी)
  • सेंसर (तापमान, आर्द्रता, वायु प्रवाह, विकिरण, CO2, वर्षा, पवन)

वेंटिलेटिव कूलिंग समाधानों में नियंत्रण रणनीतियों को स्थान और समय में वायु प्रवाह की परिमाण और दिशा को नियंत्रित करना होता है।[1]प्रभावी नियंत्रण रणनीतियाँ उच्च आंतरिक सुविधा स्तर और न्यूनतम ऊर्जा खपत सुनिश्चित करती हैं। कई स्थितियों में रणनीतियों में तापमान और CO2 निगरानी सम्मिलित है।[20] कई इमारतों में जिनमें रहने वालों ने प्रणाली को संचालित करना सीख लिया था, ऊर्जा उपयोग में कमी हासिल की गई थी। मुख्य नियंत्रण पैरामीटर ऑपरेटिव (वायु और दीप्तिमान) तापमान (दोनों चरम, वास्तविक या औसत), अधिभोग, कार्बन डाइऑक्साइड एकाग्रता और आर्द्रता स्तर हैं।[20]व्यक्तिगत नियंत्रण की तुलना में स्वचालन अधिक प्रभावी है।[1]मैन्युअल नियंत्रण या स्वचालित नियंत्रण का मैन्युअल ओवरराइड बहुत महत्वपूर्ण है क्योंकि यह उपयोगकर्ता की स्वीकृति और आंतरिक जलवायु की सराहना को निश्चित रूप से प्रभावित करता है (लागत भी)।[21] तीसरा विकल्प यह है कि अग्रभागों का संचालन निवासियों के व्यक्तिगत नियंत्रण पर छोड़ दिया गया है, लेकिन भवन स्वचालन प्रणाली सक्रिय प्रतिक्रिया और विशिष्ट सलाह देती है।

विद्‍यमान तरीके और उपकरण

भवन डिज़ाइन की विशेषता विभिन्न विस्तृत डिज़ाइन स्तरों से होती है। वेंटिलेटिव कूलिंग समाधानों की दिशा में निर्णय लेने की प्रक्रिया का समर्थन करने के लिए, विभिन्न विश्लेषण वाले वायुप्रवाह मॉडल का उपयोग किया जाता है। आवश्यक विस्तृत विश्लेषण के आधार पर, वायुप्रवाह मॉडल को दो श्रेणियों में बांटा जा सकता है:[1]

  • प्रारंभिक चरण मॉडलिंग उपकरण, जिसमें अनुभवजन्य मॉडल, मोनोज़ोन मॉडल, द्विआयामी वायु प्रवाह नेटवर्क मॉडल सम्मिलित हैं;और
  • विस्तृत मॉडलिंग उपकरण, जिसमें वायुप्रवाह नेटवर्क मॉडल, युग्मित बीईएस-एएफएन मॉडल, जोनल मॉडल, कम्प्यूटेशनल फ्लूइड डायनामिक (अभिकलनात्मक तरल यांत्रिकी), युग्मित सीएफडी-बीईएस-एएफएन मॉडल सम्मिलित हैं।

विद्‍यमान साहित्य में वायुप्रवाह मॉडलिंग के लिए उपलब्ध तरीकों की समीक्षाएं सम्मिलित हैं।[9][22][23][24][25][26][27]

आईईए ईबीसी अनुबंध 62

अनुबंध 62 'वेंटिलेटिव कूलिंग' चार साल के कार्य चरण (2014-2018) के साथ, अंतर्राष्ट्रीय ऊर्जा एजेंसी (आईईए) के 'इमारतों और समुदायों में ऊर्जा कार्यक्रम (ईबीसी)' की शोध परियोजना थी।[28]मुख्य लक्ष्य वेंटिलेटिव कूलिंग को आकर्षक और कुशल ऊर्जा उपयोग वाला कूलिंग समाधान बनाना था जिससे कि नए और नवीनीकरण दोनों को अधिक गरम होने से बचाया जा सके। अनुलग्नक के परिणाम गर्मी हटाने और अति ताप जोखिम की पूर्वाकलन और अनुमान के लिए बेहतर संभावनाओं की सुविधा प्रदान करते हैं - डिजाइन उद्देश्यों और ऊर्जा प्रदर्शन गणना दोनों के लिए था। केस अध्ययनों के विश्लेषण के माध्यम से वेंटिलेटिव कूलिंग प्रणालीके प्रलेखित प्रदर्शन का उद्देश्य भविष्य में उच्च प्रदर्शन और पारंपरिक इमारतों में इस तकनीक के उपयोग को बढ़ावा देना है।[29]मुख्य लक्ष्य को पूरा करने के लिए अनुबंध में अनुसंधान और विकास कार्य के लिए निम्नलिखित लक्ष्य थे:

  • इमारतों में कूलिंग की आवश्यकता, वेंटिलेटिव कूलिंग प्रदर्शन और अधितापन के जोखिम की पूर्वाकलन के लिए उपयुक्त डिजाइन विधियों और उपकरणों का विकास और मूल्यांकन करना हैं।
  • ऊर्जा संरक्षण के लिए दिशानिर्देश विकसित करना, वेंटिलेटिव कूलिंग समाधानों द्वारा अधितापन के जोखिम को ऊर्जा-कुशल रूप से कम करना और आवासीय भवन और वाणिज्यिक भवनों दोनों में वेंटिलेटिव कूलिंग के डिजाइन और संचालन के लिए हैं।
  • प्रमुख प्रदर्शन संकेतकों के विनिर्देश और सत्यापन सहित ऊर्जा प्रदर्शन गणना विधियों और विनियमों में वेंटिलेटिव कूलिंग के एकीकरण के लिए दिशानिर्देश विकसित करना हैं।
  • विद्‍यमान प्रणालियों की वेंटिलेटिव कूलिंग क्षमता में सुधार और उनकी नियंत्रण रणनीतियों सहित नए वेंटिलेटिव कूलिंग समाधानों के विकास के लिए निर्देश विकसित करना हैं।
  • अच्छी तरह से प्रलेखित केस अध्ययनों के विश्लेषण और मूल्यांकन के माध्यम से वेंटिलेटिव कूलिंग समाधानों के प्रदर्शन को प्रदर्शित करना हैं।

अनुबंध 62 शोध कार्य को तीन उपकार्यों में विभाजित किया गया था।

  • उपकार्य ए "तरीके और उपकरण" कूलिंग की आवश्यकता, वेंटिलेटिव कूलिंग प्रदर्शन और इमारतों में अधितापन के जोखिम की पूर्वाकलन के लिए उपयुक्त डिजाइन विधियों और उपकरणों का विश्लेषण, विकास और मूल्यांकन करता है। उपकार्य ने प्रमुख प्रदर्शन संकेतकों के विनिर्देश और सत्यापन सहित ऊर्जा प्रदर्शन गणना विधियों और विनियमन में वेंटिलेटिव कूलिंग के एकीकरण के लिए दिशानिर्देश भी दिए थे।
  • उपकार्य बी "समाधान" ने विद्‍यमान यांत्रिक, प्राकृतिक और संकर संवाहन प्रणाली और प्रौद्योगिकियों के शीतलन प्रदर्शन और उनके उपयोग की सीमाओं का विस्तार करने के लिए प्रारंभिक बिंदु के रूप में विशिष्ट सुविधा नियंत्रण समाधानों की जांच की। इन जांचों के आधार पर उपकार्य ने नए प्रकार के नम्य और विश्वसनीय वेंटिलेटिव कूलिंग समाधानों के लिए विशेषता भी विकसित कीं जो विभिन्न प्रकार की जलवायु परिस्थितियों में सुविधा पैदा करते हैं।
  • उपकार्य सी "केस अध्ययन" ने अच्छी तरह से प्रलेखित केस अध्ययन के विश्लेषण और मूल्यांकन के माध्यम से वेंटिलेटिव कूलिंग के प्रदर्शन का प्रदर्शन किया था।

यह भी देखें

संदर्भ

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  3. ↑ F. Nicol, M. Wilson. "An overview of the European Standard EN 15251". Proceedings of Conference: Adapting to Change: New Thinking on Comfort. Cumberland Lodge, Windsor, UK, 9–11 April 2010.
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