This post is also available in: English
تعریف تهویه مطبوع
تهویه مطبوع در حالت کلی به معنای رساندن شرایط داخلی محیط به شرایط استاندار مطلوب می‌باشد. در این تعریف شرایط داخلی محیط به معنای میزان دما، رطوبت، فشار و کیفیت هوا است. درواقع تهویه مطبوع شرایط هوای محیط را برای زیستن، کار کردن، فراوری و نگهداری هرگونه محصول و یا هرگونه فعالیت روزمره و صنعتی راحت و بهداشتی می‌کند. تهویه مطبوع موجب می‌شود شرایط محیط بصورت اتوماتیک ثابت بماند یا تغییر کند. به طور کلی تهویه مطبوع باید سه فاکتور دما، رطوبت و سرعت جریان هوا را کنترل کند.
سیستم تهویه مطبوع توسط مهندسین مکانیک طراحی و ساخته می‌سود. ساخت این سیستم‌ها بر پایه اصول ترمودینامیک، مکانیک سیالات و اصول انتقال حرارت انجام می‌شود. استانداردهای طراحی سیستم تهویه مطبوع در ایران بر اساس استاندارد چهاردهم و شانزدهم مقررات ملی سنجیده می‌شود. شایان ذکر است که در کنار این دو استاندارد، استاندارد ASHRAE آمریکا نیز برای مهندسان مرجع قرار می‌گیرد.
شرایطی محیطی که برای انسان لذت بخش و مطلوب است و تهویه مطبوع باید آن را فراهم آورد، دمای 22 درجه ی سانتی گراد و رطوبت 50% می‌باشد.
تهویه مطبوع یکی از زیرشاخه های HVAC می‌باشد که از مخفف سه کلمه Heating,Ventilating And Air Conditioning به معنای “سیستم‌های گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع” به وجود آمده است. دقت داشته باشید که تهویه مطبوع تنها قسمتی از دانش HVAC است که اغلب به اشتباه این دو واژه را یکسان در نظر می‌گیرند و با نام تهویه مطبوع و HVAC مورد مطالعه قرار می‌دهند.
تاریخچه تهویه مطبوع
مطلوب کردن شرایط هوای محیط از طریق انجام عملیات‌های مختلف روی هوا برای تامین آسایش و راحتی در انجام امور روزانه و صنعتی از اصلی‌ترین و مهم‌ترین عوامل ساخت زندگی مدرن می‌باشد. تهیه مطبوع کمک بزرگی به زندگی در مناطق غیر قابل سکونت نموده است تا حدی که در خیلی از ساختمان‌ها زندگی بدون تهویه مطبوع امکان‌پذیر نمی‌باشد. همچنین شایان ذور است که قطعا یکی از مهم‌ترین عوامل پراکندگی جغرافیایی جمعیت کشورها تهویه مطبوع به شمار می‌آید. تهویه مطبوع در بیمارستانها باعث نجات جان بسیاری از بیماران می‌گردد و میزان مصرف آنتی بیوتیک بعد از عمل و در دوره ی نقاهت را به طرز چشمگیری کاهش می‌دهد. تهویه مطبوع همچنین به تمیزی اتاقهای در صنعت داروسازی کمک می‌کند و با تاثیر مستقیم در تولید انواع دارو در راستای بهبود سلامت بشر مثمر ثمر می‌باشد. به جرات می توان گفت که بدون استفاده از تهویه مطبوع دیتا سنتر ها و متعاقب آن اینترنت نیز قابلیت عملکردی نداشت.
در طول تاریخ دانشمندان زیادی با ایده‌ها و تحقیقات و نظریه‌های فراوان در خصوص تهویه مطبوع کمک کرده‌اند که در این بین آقای سعدی کارنو از دانشمندان فرانسوی با ارائه نظریه سیکل کارنو در سال ۱۸۹۰ مهم‌ترین گام را در این خصوص برداشت. اگرچه نقش آقای کارنو بسیار مهم بود ولی دانشمندان دیگری نیز در این زمینه نقش داشتند که در زیر به چند تن از آنان می‌پردازیم.
- نظریه مضرات درجه حرارت بالای محیط از دکتر جان گوری
دکتر جان گوری فیزیکدان و مخترع اهل فلوریدای آمریکا در سال ۱۸۴۰ در جهت جلوگیری از مضرات درجه حرارت بالا محیط ایده خنک سازی شهرها و اماکن را ارائه داد که در آن زمان این ایده تنها با آوردن یخ‌های شمال آمریکا به فلوریدا عملی بود که این امر نیز امکان‌پذیر نبود. از نظر دکتر گوری سرمایش تنها راه مقابله با بیماری مالاریا بود. به دنبال این نظریه و دکتر گوری شروع به تحقیقات برای اختراع سرمایش مصنوعی کرد. او ماشینی طراحی کرد که با کمپرسوری که توسط اسب، باد یا آب کار می کرد بتواند یخ تولید کند و پتنت ساخت آن را در سال ۱۸۵۱ ثبت نمود. هرچند که با مرگ پشتیبان اصلی مالی اش اختراع او متوقف گردید ولی پایه گذار اختراع تهویه مطبوع و تبرید مدرن تحقیقات و اختراع دکتر گوری بود.
- نظریه صفحات چین دار از مهندس ویلیس کریر
مهندس ویلیس کریر در سال ۱۹۰۲ در شرکت بوفالو فورج روی مشکل رطوبت چاپخانه و لیتوگرافی ساکت ویلمز کار می‌کرد. رطوبت در شرکت چاپخانه موجب چین‌دار شدن مجلات و صفحات می‌شد که معضل بزرگی به شمار می‌آمد. آقای کریر در طی این تحقیقات توانست دستگاهی را اختراع کند که قادر به کنترل رطوبت محیط از طریق کویل‌های سرمایشی بود. همچنین ایشان توانست پتنت ساخت سیستم کنترل اتوماتیک رطوبت و دمای هوا را در صنعت نساجی ثبت کند. آقای کریر پس از این اختراعات از شرکت بوفالو فورج استعفا داد و به همراه ۶ مهندس دیگر شرکت مهندسی کریر را بنا نهاد.
- سرمایش ساختمان‌های عمومی توسط شرکت کریر
در سال ۱۹۲۲ شرکت مهندسی کریر اولین سیستم سرمایشی استاندارد را برای سالن نمایش متروپولیتن در شهر لس آنجلس پیاده سازی نمود که قادر بود هوای سرد را در تمام سطوح ساختمان به طور مناسب و همزمان با کنترل دما و رطوبت توزیع نماید. همچنین در همان سال این شرکت یک سیستم جدید مجهز به چیلر سانتریفیوژ را جهت سالن نمایش ریولی در شهر نیویورک ارائه نمود. با افزایش کاربرد سیستم های تهویه مطبوع هزینه اولیه تولید کاهش یافت و این سیستم ها در سرتاسر کشور آمریکا مورد استفاده قرار گرفت.
تهویه مطبوع ساختمان‌های مسکونی
اگرچه دستگاه ساخت شرکت کریر برای سالن‌های بزرگ خوب کار می‌کرد ولی برای ساختمان‌های کوچک بزرگ و غیراقتصادی بود. از این رو در سال ۱۹۲۹ شرکت فریجیدر دستگاه اسپلیت را مخصوص خنک‌سازی منازل عرضه نمود.
دستگاه اسپیلت ابعادی به اندازه یک رادیو کابینتی داشت ولی وزن زیادی داشت، گران قیمت بود و یک کندانسور جدا نیاز داشت. به این جهت شرکت جنرال با توسعه الکتریک طراحی این دستگاه یک کولر یکپارچه پنجره‌ای ساخت.
لازم به ذکر است در سال‌های ۱۹۳۰ و ۱۹۳۱ از این دستگاه ۳۱ نمونه مشابه تولید گردید.
در همین سال بود که شرکت جنران موفق به ساخت موتور مبرد کلروفلوئورو کربن شد که اولین مبرد غیر قابل اشتعال بود و به طور مداوم باعث بهبود عملکرد و ایمنی دستگاههای تهویه مطبوع گردید تا سال ۱۹۹۰ که ساخت این دستگاه به دلیل ضرر به لایه ازن توسط پروتکل مونترال متوقف گردید و دستگاه مبرد هیدرو فلوئورو کربن جایگزین گردید که امروزه این دستگاه را نیز به تغییرات آب و هوایی مربوط دانسته‌اند.
سپس مهندس هنری گلسون دستگاه کولر پنجره‌ای را ساخت که مقرون بصرفه بود و در سال ۱۹۴۷ از این نمونه ۴۳۰۰۰ عدد تولید شد.
تا اواخر سال ۱۹۶۹ اغلب منازل به کولر مجهز شدند که این امر موحب پراکندگی مردم و سکونت در مناطق گرم مانند آریزونا و فلوریدا گردید.
انروزه چالش اصلی در ساخت دستگاه‌ها کم مصرف بودن آن می‌باشد و قوانین متععدی برای بهینه‌سازی مصرف انرزی وضع گردیده که منجر به کاهش حدود ۵۰درصد مصرف انرژی شده است.
انواع تهویه مطبوع
سیستم‌های تهویه مطبوع با دیدگاه‌های متفاوت در دسته‌های مختلفی قرار می‌گیرند که در زیر به بررسی آن‌ها می‌پردازیم.
-
انواع تهویه مطبوع از نظر نوع سیال:
– سیستم تهویه مطبوع تمام آب: سیال ناقل در این سیستم آب است. در فصل سرما آب در داخل موتور خانه توسط دیگ بخار گرم شده و برای گرم کردن و تهویه ساختمان مورد استفاده قرار می‌گیرد و در فصول گرم سال برعکس از سرد کننده آب مانند چیلر استفاده می‌شود. آب سرد یا گرم تولید شده بواسطه چیلر یا دیگ بخار به داخل کویل ها فرستاده شده و باد بزن از روی کویل عبور کرده و باعث سرما یا گرمای اتاق می‌شود.
از معایب این سیستم می‌توان به عدم تاثیر این سیستم روی رطوبت هوا اشاره کرد و مزیت‌های مهم آن کم جا و مقرون به صرفه بودن می‌باشد.
– سیستم تهویه مطبوع آب و هوا: در این نوع سیستم مانند اسم آن هر دو عیب و مزیت سیستم‌های تمام آب و تمام هوا را شاهد هستیم. این سیستم‌ها سرمایش را با هوا و گرمایش را با آب فراهم می‌کنند. گرمایش در این سیستم به دو صورت انجام می‌گیرد. روش اول در مکان‌های کوچک با آب گرم ۷۰ درجه است و روش دوم آب داغ نام دارد و درجه حرارت آب حدود ۱۸۰ درجه است مخصوص مکان‌های بزرگ یا مکان‌های با لوله‌کشی زیاد است که حرارت افت می‌کند.
– سیستم تهویه مطبول تمام هوا: این سیستم بهترین و کاملترین سیستم تهویه هوا می‌باشد و تنها ایراد آن حجم زیاد ابعاد و تجهیزات آن است.
تهویه مطبوع تمام هوا در مکانی دورتر نصب می‌شود و بوسیله کانال ها تهویه صورت می‌پذیرد. در سیستم تهویه مطبوع تمام هوا در موتور خانه دستگاه های تهیه آبسرد یا (چیلر) و تهیه آب گرم (دیگ آب گرم) استفاده می‌شود و برای انتقال هوای گرم یا سرد از دستگاهی به نام هواساز مرکزی کمک گرفته می‌شود. در این سیستم اگر از تجهیزات خودکفا مانند کوره های هوای گرم و یا واحدهای خنک کننده یکپارچه استفاده شود، نیازی به تهیه و ارسال آب سرد و گرم از مرکز تاسیسات نیست دستگاه هواساز در جایی دور از موتورخانه و در محلی نزدیکتر به فضای تهویه شونده در اتاقکی نصب می‌شود. سیال ناقل حرارت و برودت به داخل کویل دستگاه هواساز پمپ می‌شود و هوایی که توسط فن با سرعت از روی این کویل عبور می‌کند سرد یا گرم شده و بوسیله کانال‌های هوای سقفی به داخل فضاهای تهویه شونده توزیع می‌شود. دلیل نامیدن این سیستم ها به اسم تمام هوا تنها به این دلیل است که برای همه ی فضا های مورد نیاز احتیاج به لوله کشی چه سرد و چه گرم نیست.
-
انواع تهویه مطبوع از نظر درجه حرارت:
– سیستم تهویه مطبوع زمستانی و تک فصلی گرم کننده: سیستم هایی مانند شوفاژ با دیگ آب گرم و پکیج دیواری از نمونه‌های تهویه مطبوع زمستانی با سیستم حرارت مرکزی هستند. سیستم هایی مانند بخاری و شومینه نیز از نمونه‌های دیگر هستند که کیفیت کم تر و نواقص بیشتری نسبت به سیستم های حرارت مرکزی دارند.
– سیستم تهویه مطبوع تابستانی و تک فصلی سرد کننده: سیستم‌های سردکننده اسپلیت ، کولر گازی و کولر آبی از نمونه‌های سیستم های تک فصلی سرد کننده هستند که بر اساس چرخه های تبرید کار می‌کنند و سیستم های متفاوتی دارند.
-سیستم تهویه مطبوع دو فصلی: سیستم‌هایی مانند چیلر، مینی چیلر، فن کویل، سیستم VRF و هواساز از نمونه سیستم‌های تهویه دو فصلی هستند. عملکرد این سیستم‌ها به دو صورت می‌باشد، یکی از سیستم یکپارچه ی دو فصلی و دیگری از دو سیستم مجزای زمستانی و تابستانی به صورت همزمان استفاده می‌کند. این نوع از سیستم ها در مناطق سردسیر یا گرمسیر کاربرد ندارد و باید از سیستم های تک فصلی استفاده شود. ولی در سایر مناطق استفاده از سیستم دو فصلی رواج بیشتری داشته زیرا قابلیت بیشتری دارد و در برخی هزینه ها صرفه جویی می شود.
-
انواع تهویه مطبوع از نظر کاربری:
– سیستم تهویه مطبوع مرکزی مانند چیلر و فن کویل
– سیستم تهویه مطبوع مجزا که در آن از کولر آبی یا اسپلیت دیواری به همراه پکیج دیواری مستقل و رادیاتور استفاده می‌شود.
– سیستم تهویه مطبوع ترکیبی که دارای موتورخانه ی گرمایشی مرکزی به همراه رادیاتورها / کویل های آب گرم برای گرمایش، و سیستم اسپلیت دیواری یا داکت اسپلیت یا کولر آبی جهت سرمایش است.
-
انواع تهویه مطبوع سرمایشی از نظر انرژی مصرفی:
– تمام برق مانند چیلر های تراکمی، اسپلیت کانالی، وی آر اف VRF
– گاز و برق ترکیبی مانند چیلرهای جذبی و جی اچ پی GHP یا پمپ حرارتی گازی
اجزای تهویه مطبوع
به طور کلی سیستم‌های تهویه مطبوع برای تامین هوای گرم در زمستان و هوای سرد در تابستان هستند که هرکدام دارای اجزایی هستند اما هر دو از چهار بخش اصلی تشکیل شده‌اند که در زیر نام برده و توضیح مختصری می‌دهیم.
۱) بخش منبع: دستگاههای تهویه هوا دارای دو نوع منبع حرارتی و برودتی می‌باشند. در سیستم‌های حرارتی بخش منابع با نام دیگ آب گرم و یا کوره هستند و در سیستم‌های برودتی این بخش با نام‌های چیلر جذبی و چیلر ضربه ای وجود دارد.
منابع حرارتی با مصرف سوخت یا الکتریسیته حرارت را تولید می‌کنند. نامگذاری منابع حرارتی به این صورت که اگر سیال مایع باشد منبع دیگ و اگر سیال وظیفه گرم کردن گاز را داشته باشد، منبع کوره می‌باشد. در سیستم‌های برودتی تامین هوای سرد بر اساس تبخیر مبرد که عموما گاز است، می‌باشد. در این سیستم‌ها سرعت تبخیر با میزان سرمایش رابطه مستقیم دارد.
۲) بخش توزیع: این بخش مسئول انتقال هوای سرد یا گرم به محیط را دارد. بخش توزیع خود از جزءهای کانال‌ها، لوله‌ها، فن‌ها و پمپ‌ها تشکیل شده است. پمپ‌ها در این بخش وظیفه به جریان درآوردن هوا را دارند که در دو نوع جریان محوری و جریان عمودی موجود هستند. در واقع پمپ‌های حلزونی سیال مایع و فن‌ها یا بادزن‌ها سیال گازی را به حرکت درمی‌آورند. جزء دیگر بخش توزیع هواکش‌ها هستند که وظیفه جابجایی هوای گرم و سرد عبوری از کویل‌ها و هوای تمیزشده توسط فیلترها را دارند. هواکش‌ها نیز دو نوع گریز از مرکز و جریان محوری وجود دارند.
۳) بخش تحویل: این بخش دارای اجزای دیفیوزرها، رادیاتورها و کویل‌ها می‌باشد. کویل‌ها لوله هایی مسی خمیده‌ای هستند که وظیفه تبادل حرارت سیستم را برعهده دارند. کویل‌ها از نظر نوع عملکرد در دو نوع سرمایشی و گرماشی و از نظر نوع سیال به چها دسته هوا به هوا، آب به آب، آب به هوا و هوا به آب تقسیم می‌شوند.
۴) بخش المان‌های کنترلی: این بخش وظیفه کنترل و تنظیم کارکرد اجزای سیستم تهویه مطبوع را برعهده دارد. مخزن انبساط که در این بخش قرار دارد تغییر حجم سیال را کنترل می‌کند که این امر در سیستم‌های تمام اب از بروز مشکل جلوگیری می‌کند.
مزایای تهویه مطبوع
- کاهش هزینه‌ها: نصب یک سیستم تهویه مطبوع جدید و کارآمد در طی دراز مدت موجب صرفه‌جویی میلیون‌ها تومان در مصرف سوخت، انرژی، نگهداری و تعمیرات می‌شود.
- کنترل آرامش: امروزه موتورهای سرعت متغیر و کنترل کننده های هوشمند دریچه ها ، سیستم های تهویه جدید ، گرمایش و سرمایش بیشتری را تولید و دما، میزان رطوبت و سرعت حرکت هوا را کنترل می‌کنند که در نتیجه سطح آسایش افزایش می‌یابد.
- ترموستات‌های کنترل هوشمند: این سیستم‌ها می‌توانند بطور خودکار تشخیص دهند که در چه زمانی در کجای محیط شرایط دما یا رطوبت باید کم یا زیاد شود که این امر به شدت در صرفه‌جویی موثر می‌باشد.
- جریان هوای مطلوب: با نصب موتور فن های دور متغیر در واحدهای توزیع کننده جریان هوای سرد و گرم مانند فن کویل ، هواساز و … سرعت و جهت حرکت هوا کنترل می‌گردد که موجب تنفس و ارامش بیشتر می‌شود.
- سکوت و آرامش: امروزه مواد جاذب صدا با تکنولوژی بالا و نیز تجهیزات مدرن بکار رفته در تهویه مطبوع موحب کم‌تدر بودن صدای این سیستم‌ها و در نتیجه کاهش آلودگی صوتی شده است.
- طول عمر بیشتر: سیستم های تهویه راندمان بالا با به حداقل رساندن سیکل های قطع و وصل در کنار نگهداری خوب و طبق دستورالعمل سازنده به طول عمر بیشتری دست یافته‌اند.
- انعطاف پذیری در انتخاب سیستم‌ها: سیستم‌های تهویه مطبوع انواع مختلفی دارند که شما نی‌توانید با توحه به محل نصب، نوع انرژی در دسترس، نوع سیال مدنظر بهترین نوع را برای خود انتخاب کنید.
- کمک به اکوسیستم و طبیعت: استفاده از سیستم تهویه مطبوع بروز و جدید گامی در جهت حفط انرژی و سوخت و کنک به کاهش الودگی هوا و محیط زیست می‌باشد.
نحوه عملکرد تهویه مطبوع هوا
در سیستم‌های تهویه مطبوعمعمولا یک دستگاه تنظیم خودکار وجود دارد که تعیین می‌کند فضای اتاق باید گرم یا سرد شود و یا حتی وظیفه تعیین درجه حرارتی که دمای اتاق باید به آن برسد را نیز به عهده دارد.
در سیستم‌های تهویه مطبوع کویل‌ها قابلیت سرد شدن توسط چیلرها یا گرم شدن توسط بویلرها را دارند.
به طور کلی در این سیستم‌ها ایتدا هوا از بیرون وارد سیستم شده سپس و با عبور از روی کویل‌ها گرم یا سرد شده و به محیط مدنظر منتقل می‌شود.
هوای وارد شده به محیط از این طریق توسط یکی از خروجی‌ها به سیستم تهویه مطبوع بازگشته و به عبارتی هوا جایگزین می‌گردد.
نوع دیگد سیستم‌های تهویه مطبوع که سیستم تهویه مطبوع کوچک نام دارند، عملکردی به این گونه دارند که ابتدا گرما از درون یک اتاق جمع آوری می‌شود و سپس این گرما به بیرون از اتاق منتقل می‌شود و در نتیجه این فرایند، دمای هوای اتاق کاهش می‌یابد. این نوع از تهویه مطبول در مکان‌هایی مانند خودروها کاربرد دارد.
