تهویه مطبوع و یا همان HVAC یکی از موضوعاتی است که اخیراً بسیار مورد توجه شرکت های مهندسی فعال در زمینه طراحی و ساخت و ساز بنا های مسکونی، اداری و تجاری قرار گرفته است. علت هم کاملاً مشخص است، افزایش هزینه های تولید و انتقال انرژی در سرتاسر جهان موجب شده است که مهندسان تاسیسات مکانیکی (که بیشتر آن ها در زمینه مکانیک سیالات تحصیل کرده اند) همواره در جستجوی را هایی باشند که تا حد امکان نیاز به مصرف انرژی را در ساختمان ها پایین تر بیاورند. در کشور ما هم موضوع انتخاب سیستم تهویه مطبوع مناسب برای ساختمان های به خصوص بزرگتر (مانند مجتمع های تفریحی و مراکز خرید) به یک مبحث چالش برانگیز مهندسی تبدیل شده است.
در نوشته ای که در این قسمت از وبلاگ مهندس یار برای شما آماده کرده ایم، می توانید با دو نوع سیستم تهویه مطبوع تمام آب و تمام آب و نحوه کارکرد هر یک از آن ها آشنا شوید.
سیستم تهویه‌مطبوع تمام‌هوا
در یک سیستم تمام‌هوا جهت تهویه مطبوع، از کویل گرم و سرد برای گرمایش و سرمایش و تامین دمای مورد نیاز، از رطوبت‌گیر یا رطوبت‌زا برای کنترل رطوبت، از فن برای تامین سرعت هوای مناسب جهت گردش در سالن، از فیلتر برای تمیز بودن هوا و همچنین از کانال‌ها برای توزیع آن استفاده می‌شود.
اما آن‌چه که باعث تنوع تجهیزات و دستگاه‌ها می‌شود، نحوه قرارگیری هر یک از المان‌ها (کویل گرم، کویل سرد و… ) در این تجهیزات است. برای مثال در یک سیستم ممکن است همه‌ی عملیات در یک یونیت پک‌شده انجام شود در حالی‌که در سیستم دیگر به جهت آماده سازی هوا از چندین واحد مجزا و دور از هم استفاده شود.
اما به‌طور کلی سیستم‌های تهویه‌مطبوع یا به صورت هوای حجم‌ثابت (Constant Air Volume – CAV) هستند (حجم هوای تهویه شده به صورت ثابت و یکسان در تمام مدت روشن‌بودن سیستم به محل موردنیاز منتقل می‌شود و در واقع بار حرارتی یک منطقه در طول زمان استفاده از دستگاه بدون تغییر می‌ماند) یا به صورت حجم هوای متغیر (Variable Air Volume-VAV)، که در زمان‌های مختلف نیازمند مقدار هوای متفاوت برای تامین بار حرارتی متفاوت هستند.
در ادامه به پنج سیستم مختلف تمام هوا که چهار نوع آن از نوع CAV و آخری از نوع VAV است پرداخته می‌شود.
سیستم تک منطقه‌ای (Single Zone)
در شکل بالا می توانید یک سیستم CAV را مشاهده نمایید. منظور از تک منطقه‌ای آن است که سیستم لازم است که تنها یک شرایط دمایی را برای مجموعه تامین کند. یک ساختمان مسکونی و یا سوپر مارکت نمونه‌ای از کاربرد‌های سیستم‌های تک منطقه‌ای است. از مرسوم‌ترین دستگاه‌هایی که با این سیستم کار می‌کنند، دستگاه‌های هواساز پشت‌بامی هستند که معمولا روی پشت بام‌ها قرار می‌گیرند و به آنها روف‌تاپ پکیج یا پکیج یونیت نیز گفته می‌شود.
از مزایای این دستگاه‌ها راحتی در طراحی و همچنین نصب و نگهداری آسان‌تر آن است. هزینه‌ی اولیه‌ی نیز در این سیستم و تجهیزات نسبت به سایر دستگاه‌ها کمتر است. اما از طرفی دیگر، همانطور که اشاره شد، برای کاربردهایی که نیاز به تامین چندین شرایط دمایی در یک مجموعه است (برای مثال هتل‌ها که در اتاق ها بسته به نیاز، هر فرد باید قادر به تنظیم شرایط دمایی باشد و یا باشگاه‌های بدنسازی که سالن‌های مختلف ممکن است به شرایط دمایی متفاوت نیاز داشته باشند) استفاده از این سیستم عملیاتی نخواهد بود. البته باید به این نکته اشاره کرد که در برخی موارد از چند دستگاه هواساز تک منطقه‌ای مجزا برای واحد‌های مختلف که نیاز به شرایط دمایی مختلف دارند، استفاده می‌شود.
کنترل دما در این سیستم‌ها تنها از یک نقطه و به هر دو صورت تنظیمی (پیچی) و یا به صورت کلید on-off قابل انجام است.
همچنین بخوانید: آموزش تاسیسات مکانیکی ساختمان
سیستم چند منطقه‌ای (Multi-Zone)
نوع دیگری از سیستم‌های CAV است. در این سیستم با استفاده از کانال‌کشی‌های مجزا، یک مقدار هوای ثابتی به محل های مختلف (که به طبع شرایط دمایی مختلف دارند) انتقال می‌یابد. هوای تهویه هر قسمت متفاوت با قسمت دیگر است و نمی‌توان آنها را با هم ترکیب کرد. کویل‌های گرم و سرد و دمپر قبل از هر قسمت قرار می‌گیرند تا هوای تهویه‌شده هر کدام را تهیه کنند.
توصیه می شود که تعداد قسمت‌های (Zones) تهویه شده در یک سیستم چند‌منطقه‌ای نباید بیشتر از 12 عدد باشد و برای قسمت‌های بیشتر نیاز به تعداد دستگاه هواساز بیشتری است. این سیستم در مقایسه با سیستم‌های دارای ری‌هیت ترمینال که متعاقباً توضیح داده می‌شوند، اتلاف انرژی کمتری دارد اما از معایب آن، کانال کشی‌های زیاد آن است. در سیستم‌های چند‌منطقه‌ای به دلیل داشتن شرایط دمایی مختلف برای کنترل و تنظیم دما باید در هر قسمت (Zone) یک ترموستات مجزا استفاده شود.
سیستم چند‌منطقه‌ای با ری‌هیت ترمینال
در سیستم‌هایی که با ترمینال ری‌هیت کار می‌کنند، در قسمت هواساز (AHU) هوا تا پایین‌ترین دمای موردنیاز در یکی از قسمت‌ها ( Zone) سرد شده، سپس همان طور که در شکل مشخص است، قبل از ورود به سایر قسمت‌ها، توسط یک منبع حرارتی که می‌تواند کویل گرم یا المنت‌حرارتی باشد، به اندازه موردنیاز دمایش بالا می‌آید.
مزیت این سیستم‌ها انعطاف‌پذیری آن است، در واقع در صورت تغییر بار حرارتی یک قسمت، با تعویض کویل‌ها می‌توان شرایط دمایی متفاوت را ایجاد کرد. همچنین با حذف آنها می توان یک سیستم تک منطقه‌ای را طراحی کرد. اما مهم‌ترین عیب این سیستم هدررفت انرژی است که به واسطه سرد کردن بی‌حاصل بخش زیادی از هواست که مجدداً باید در ری‌هیت گرم شود.
سیستم دو لوله‌ای
سیستم دو لوله‌ای در حقیقت به گونه‌ای طراحی شده که از مزایای هر دو سیستم قبلی برخورد باشد، یعنی هم حداقل اتلاف انرژی را داشته باشد، هم قابلیت هماهنگ‌سازی با شرایط دمایی که ممکن است به اقتضای زمان تغییر بکند را ایجاد کند. در این سیستم همانطور که از شکل واضح است، با استفاده از منابع گرمایشی و سرمایشی دو لوله مجزا به‌ترتیب گرم وسرد می‌شوند و مشابه سیستم ری‌هیت ترمینال، قبل از ورود به هر قسمت، هوای درون دو لوله به صورت موازی وارد میکسینگ باکس شده و با استفاده از اجزای کنترلی به دمای مورنیاز هر قسمت می‌رسد.
سیستم حجم هوای متغیر (VAV)
این سیستم در مجتمع‌های اداری پر‌کاربرد است. ایده اصلی و وجه متمایز‌کننده سیستم VAV از سایر سیستم‌ها تغییر دمای هوای درون هر قسمت (Zone) با استفاده از تنظیم دبی هوای ورودی به آن است که توسط دمپر و یک عملگر انجام می‌پذیرد. مطابق شکل، هواساز مرکزی در موتورخانه هوا را تا دمای پایینی (حدود 13 درجه سانتی‌گراد) سرد می‌کند، سپس توسط یک فن و کانال‌ها، هوا به کل مجموعه ارسال می‌شود و در هر قسمت یک انشعاب از کانال اصلی گرفته شده و هوا را وارد VAV باکس می‌کند.
در این باکس دمپر به همراه یک کویل حرارتی تعبیه شده است. کویل حرارتی تنها در شرایطی که بیشینه بار حرارتی به قسمت مدنظر وارد می‌شود (برای مثال در تابستان و با وجود فعالیت زیاد افراد در یک قسمت)، روشن خواهد شد. در نتیجه با استفاده از سنسور‌ها و المان‌های کنترلی دیگر، دمای درون هر قسمت بسته به شرایط آسایش با تغییر زاویه دریچه‌ی دمپر تغییر خواهد کرد.
سیستم تهویه مطبوع تمام‌آب
منظور از سیستم تمام‌آب، استفاده از وسایل و تجهیزاتی است که در آنها بسته به شرایط، آب سرد یا گرم تولید و سپس به محل توزیع می‌شود و آب فراهم شده در محل، وظیفه سرمایش یا گرمایش را با استفاده از مکانیزم های مختلف انتقال‌حرارت بر عهده دارد.
تفاوت در تجهیزات تولید‌کننده آب گرم یا سرد و همچنین وسایل مربوط به انتقال این حرارت، سیستم‌های تمام‌آب متنوعی را در بازار به همراه داشته است و از این دسته می‌توان به مدل‌های مختلف رادیاتور‌ها، فن‌کویل‌ها و گرمایش از کف اشاره داشت. چیلر‌ها، بویلرها و پکیج‌های خانگی آب گرم و سرد لازم را فراهم می‌سازند. در مقایسه با سیستم تمام هوا، یک سیستم تهویه‌مطبوع تمام‌آب به دلیل اختلاف قابل توجه ظرفیت گرمایی و چگالی آب نسبت به هوا، برای برآورده کردن یک میزان بار حرارتی یا برودتی، میزان حجم آب بسیاری کمتری نسبت به هوا مورد نیاز است که باعث کوچک‌بودن لوله‌کشی ها( نسبت به کانال کشی هوا ) خواهد شد.
فن‌کویل
فن‌کویل‌ها تجهیزات به نسبت کوچکی هستند که کویل‌های گرم و سرد، فن گردش هوا و همچنین سیستم کنترل در آن قرار گرفته است. این وسایل می‌توانند به صورت افقی یا عمودی و هم چنین در معرض دید ساکنین (exposed) یا مخفی در محل کار شوند. همانطور که ذکر شد، کویل های گرم بوسیله بویلر یا دیگ و کویل‌های سرد بوسیله چیلر تغذیه می‌شوند. دمای محل موردنظر توسط ترموستات تشخیص داده می‌شود و برای کنترل میزان دبی آب به کویل‌ها از آن استفاده می‌شود.
ساکنین در محل می‌توانند با تنظیم دریچه عبور هوای تعبیه شده در فن‌کویل، دمای مطلوب خود را ایجاد کنند. به‌طور عمومی فن‌کویل‌ها در دونوع دو لوله‌ای و چهار لوله‌ای ساخته می‌شوند. در دو لوله‌ای‌ها آب گرم یا آب سرد بسته به نیاز گرمایش یا سرمایش، از یک لوله وارد کویل‌ها و از لوله دیگر از آنها خارج می‌شود. در حالی‌که در فن‌کویل چهار لوله‌ای می‌توان هر دو کویل را همزمان در همه‌فصول تغذیه کرد. البته مدل‌های سه لوله‌ای نیز که در آن برگشت لوله‌های آب گرم و سرد از یک لوله انجام می‌شود موجود است اما از کاربرد بسیاری کمتری برخوردار است.
همانطور که مشخص است، از این وسیله می‌توان هم برای سرمایش و هم برای گرمایش استفاده کرد که مزیت اصلی آن نسبت به دیگر سیستم‌های تمام‌آب است. جهت سرمایش، به دلیل تقطیر شدن رطوبت هوای در گردش، باید تجهیزات مربوط به تخلیه این آب مانند سینی و لوله تخلیه از قبل پیش‌بینی شده باشد. اما اصلی‌ترین نقطه ضعف فن‌کویل‌ها نسبت به سیستم‌های تمام هوا، تامین نکردن هوای تازه در حالت عادی می‌باشد که راه‌حل آن اضافه کردن یک خط هوای بیرونی و ترکیب کردن آن با هوای داخل در داخل فن کویل است. سر و صدای نسبتاً زیاد به خصوص در مکان‌های حساس از دیگر عیوب این تجهیز است.
موضوع مرتبط: آموزش نقشه کشی تاسیسات مکانیکی
تهویه مطبوع از طریق رادیاتور
رادیاتور رایج‌ترین وسیله گرمایشی منازل مسکونی است که در سه نوع چدنی، فولادی و آلومینیومی از ابتدا تاکنون ساخته می‌شده‌است که نوع آلومینیومی به دلیل سبک بودن و راندمان حرارتی بالاتر و همچنین زیبایی، بیشتر از سایر جنس‌ها مورد توجه قرار گرفته‌است. با عبور لوله آب گرم از درون رادیاتور و گرم‌شدن پره‌ها، هوا از طریق انتقال حرارت جابجایی طبیعی، گرما را دریافت کرده و به دلیل پایین آمدن چگالیش به سمت بالا حرکت می‌کند و جایگزین هوای سرد می‌شود، هوای سرد نیز مجدداً حرارت را از پره‌ها دریافت کرده و گرم می‌شود و به بالا می‌رود و این چرخه باعث گرم شدن نسبتاً یکنواخت هوای محل می‌شود.
رادیاتور‌ها معمولا در زیر پنجره قرار می‌گیرند تا از ورود سوز ناشی از ورود هوای سرد از منفذ‌های پنجره به محل جلوگیری شود. شیر هواگیری و رگلاژ از دیگر قطعات مورد استفاده در رادیاتور هستند. همچنین در برخی موارد به منظور بالانس سیستم لوله‌کشی از زانویی قفلی برای تنطیم دبی آب ورودی استفاده می‌شود.
گرمایش از کف
گرمایش از کف یک سیستم گرمایش به نسبت جدید در کشور به حساب می‌آید که بدون نیاز به تجهیز مجزایی هوای محل را گرم می‌کند. این هدف بوسیله تعداد زیادی لوله حاوی آب گرم که به شکل مساوی در کف قرار داده شده‌اند انجام می‌شود و به طبع مزیت آن همین توزیع یکنواخت گرما در تمام محل است. زمان پیش‌گرم این سیستم (در هنگام ورود به فصل سرما) حدود سه برابر رادیاتور‌ها و سی و پنج برابر فن کویل‌هاست که این امر به دلیل عدم وارد شدن شوک حرارتی به کف است. عدم اعمال تغییرات در کف ساختمان پس از اجرای سیستم از دیگر معایب گرمایش از کف به‌شمار می‌رود.
از دیگر موارد سیستم تمام‌آب می‌توان به یونیت‌هیتر و کنوکتور‌ها اشاره کرد که به ترتیب شباهت زیادی به فن‌کویل و رادیاتور دارند اما از اقبال کمتری میان مصرف‌کننده ها برخوردار هستند و در این‌جا تنها به ذکر نام آنها بسنده می‌کنیم.
سیستم آبی-هوایی
همانطور که از اسم این سیستم مشخص است، از ترکیب دو سیستم تمام‌آب و تمام‌هوا و استفاده از مزایای هر دوی آنها، یک سیستم تهویه‌مطبوع آبی-هوایی به وجود می‌آید که هم هوای تازه را تامین می‌کند و هم حجم اشغالی کل سیستم در آن کوچکتر از یک سیستم تمام‌هواست.
یکی از مدل‌های زیر مجموعه این سیستم، فن‌کویل‌های کانالی هستند که هوای تازه درون کانال‌ها قبل از ورود به محل با هوای تهویه‌شده حاصل از فن کویل ترکیب و به محل فرستاده می‌شود. نوع دیگر، یونیت‌های القایی هستند که تفاوت آن با فن‌کویل‌های کانالی در عدم استفاده از فن برای جابجایی و گردش هوای درون محل است و این امر به‌وسیله اختلاف چگالی هوای سرد و گرم انجام‌می‌پذیرد. برای درک بهتر این دو مدل از سیستم‌های آبی-هوایی شکل‌های مختلف آنها در زیر آورده شده است.
هیچ دیدگاهی نوشته نشده است.