Generic selectors
Exact matches only
Search in title
Search in content
Search in posts
Search in pages
منو





تهویه مطبوع



یکی از مباحث بسیار مهم و پرکاربرد در صنعت و علم مکانیک، «سیستم‌های گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع» (Heating, Ventilation and Air Conditioning) هستند. این سیستم‌ها را می‌توان به صورت اختصاری با نام HVAC نمایش داد. نکته مهمی که باید به آن اشاره کرد این است که تهویه مطبوع بخشی از علم HVAC است ولی در بسیاری از حالات و صنایع این دو واژه را یکسان در نظر می‌گیرند و با نام تهویه مطبوع و HVAC مورد مطالعه قرار می‌دهند.

سیستم گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع، بخش مهمی از یک ساختمان شهری، تجاری و صنعتی را در بر می‌گیرد. توجه کنید که یک سیستم مناسب تهویه مطبوع با هدف کنترل دما، رطوبت و کیفیت هوای ساختمان ایجاد می‌شود و هدف از کنترل این پارامترها ایجاد یک فضای راحت است که بتوان در آن به امور شخصی و کار پرداخت. علم تهویه مطبوع کاربرد بسیار زیادی در طراحی اتاق تمیز و همچنین کنترل آلاینده‌ها در اتاق تمیز

این مطلب ابتدا به صورت دقیق مفاهیم کلی مورد استفاده در تهویه مطبوع و سیستم‌های HVAC را مورد مطالعه قرارگرفته است در ادامه انواع بخش‌های موجود در یک سیستم تهویه مطبوع و HVAC مانند سیستم گرمایش و سرمایش، مورد بررسی قرار می‌گیرد و پس از آن نحوه عملکرد سیستم تهویه مطبوع و HVAC بیان می‌شود و در انتهای مطلب نیز انواع مختلف سیستم‌های تهویه مطبوع به همراه مزایا و کاربردهای آن‌ها مورد مطالعه قرار می‌گیرد. همچنین محاسبه پارامترهای مختلف تهویه مطبوع در مطلب «نمودار سایکرومتریک» مورد مطالعه قرار گرفته است.

HVAC چیست؟

همانطور که اشاره شد، سیستم HVAC خلاصه شده عبارت گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع است. بنابراین همانطور که از نام آن پیداست، این سیستم از سه مجموعه گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع تشکیل می‌شود که در ادامه به صورت خلاصه گفته میشود

بخش اول در یک سیستم HVAC، گرمایش است. گرمایش بخشی است که در آن هوای درون ساختمان را با استفاده از رادیاتورها یا سیستم‌های تولید هوا گرم می‌کنند.

گرمایش ساختمان به کمک رادیاتور

شکل ۱: گرمایش ساختمان به کمک رادیاتور همانطور که اشاره شد، بخش دوم در سیستم HVAC تهویه نام دارد. تهویه نیز فرایندی است که طی آن هوای تمیز در مجموعه باقی می‌ماند و هوای آلوده به فضای بیرون منتقل می‌شود. این فرایند باعث ایجاد چرخش در هوای داخلی نیز می‌شود و رطوبت اضافی موجود در سیستم را از بین می‌برد. توجه کنید که فرایند تهویه، معمولا با استفاده از سیستم‌های مکانیکی انجام می‌شود که این سیستم‌ها شامل تعدادی فن هستند. فن یکی از انواع توربوماشین‌ها است. توربوماشین‌، ماشین‌ مکانیکی دواری است که در آن‌، انرژی بین ماشین و سیال و به دلیل حرکت دینامیکی ماشین منتقل می‌شود و کاربرد بسیار زیادی در علم مکانیک و آیرودینامیک دارد. مباحث مربوط به توربوماشین در وبلاگ فرادرس و مطلب «توربوماشین (Turbomachinery) —به زبان ساده به صورت جامع مورد بررسی و مطالعه قرارگرفته است

شکل ۲: سیستم تهویه یک تونل

هوای خنک و یا آب خنک تشکیل می‌شود. سیستم تهویه مطبوع وظیفه کنترل سطح رطوبت موجود در هوای اتاق را نیز به عهده دارد. این موارد و در ادامه مطلب به صورت دقیق مورد مطالعه قرار خواهند گرفت.

یک سیستم HVAC را می‌توان به صورت اختصاری سیستم تهویه مطبوع نیز نامید که وظیفه اصلی آن تامین دمایی در حدود 75 درجه فارنهایت و رطوبت نسبی در حدود 40 تا 60 درصد است. همچنین با توجه به استاندارد ASHRAE62.0، کربن دی اکسید باید کمتر از 1000PPM باشد بخش سوم از سیستم HVAC، مجموعه تهویه مطبوع است.

شکل ۳: تهویه مطبوع ساختمان به کمک اسپلیت

بنابراین همانطور که اشاره شد، سیستم‌های HVAC را می‌توان شامل طیف وسیعی از سیستم‌های تهویه مطبوع، از جمله سیستم‌های خنک کننده خانگی تا سیستم‌های بسیار بزرگ و پیچیده صنعتی دانست. طراحی یک سیستم تهویه مطبوع مناسب، نیاز به استفاده از اصول موجود در علوم ترمودینامیک، مکانیک سیالات و انتقال حرارت دارد. به صورت رایج به یک سیستم HVAC، سیستم تهویه مطبوع نیز می‌گویند هرچند همانطور که توضیح داده شد، سیستم تهویه مطبوع زیر مجموعه‌ای از سیستم HVAC است.

جعبه‌های بزرگی که در قسمت بالای ساختمان‌ها یا ادارات مشاهده می‌شوند، نمونه‌ای از سیستم‌های HVAC هستند. در واقع این بخش‌ها، قسمت‌های قابل دیدن سیستم HVAC را تشکیل می‌دهند.

همانطور که اشاره شد، سیستم گرمایش و سرمایشی که در خانه‌های مسکونی مشاهده می‌شود نیز زیر مجموعه‌ای از سیستم‌های HVAC هستند. این سیستم‌ها ممکن است با سیستم‌های بزرگ تهویه مطبوع و HVAC تفاوت‌هایی داشته باشند ولی در بسیاری از شرایط، مانند اصول پایه، شیوه عملکرد و بازده، دقیقا مشابه با سیستم‌های بزرگ و تجاری تهویه مطبوع و HVAC عمل می‌کنند.

. انواع سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC

در بسیاری از موارد، گرمایش و سرمایش، نیمه از انرژی را تشکیل می‌دهد که افراد مختلف در دوران زندگی خود مصرف می‌کنند. بنابراین انتخاب یک سیستم مناسب HVAC که بتواند راحتی و آسایش شما را تامین کند و انرژی زیاد و اضافی را مصرف نکند، اهمیت بسیار زیادی دارد. در ادامه برخی از شیوه‌های انتخاب یک سیستم تهویه مطبوع و HVAC به خوبی بیان شده است. افرادی که محل سکونت آن‌ها در آب و هوای سرد یا گرم قرار داردحتماازسیستم‌های تک مرحله استفاده کنند. این سیستم‌ها طوری طراحی شده‌اند که بتوانند تنها سرما یا گرما تولید کنند. این سیستم‌ها ارزان هستند و در سمت مقابل، بازدهی بسیار پایینی نیز دارند. نکته دیگر این است که این سیستم‌ها در تمام حالات و حتی زمانی که به آن‌ها احتیاجی نباشند نیز با تمام ظرفیت خود کار می‌کنند و این موضوع مصرف انرژی آن‌ها را به شدت افزایش می‌دهد.

نوع پیشرفته‌تری از سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC نیز وجود دارد که در آن‌ها برای کاهش مصرف انرژی، از فن با سرعت‌های متفاوت استفاده می‌شود. اما همچنان این نوع از فن‌ها در مقابل سیستم‌های چند مرحله کارایی و بازده پایین‌تری دارند و برای استفاده در طول مدت زمان زیاد، سیستم‌های گران محسوب می‌شوند.

مدل سوم از سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC «سیستم‌های ناحیه‌ای» (Zoned Systems) هستند. این سیستم‌ها برای گرمایش و سرمایش بخش خاصی از خانه مورد استفاده قرار می‌گیرند. این کار را مهندسان مکانیک با طراحی و قرار دادن دمپرهایی درون دریچه یا داکت انجام می‌دهند. این دمپرها توانایی این را دارند که به صورت انتخابی جریان هوا را مسدود و یا آزاد کنند.

در واقع این مدل از سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC از گرمایش و سرمایش بخشی از خانه که کسی در أن حضور ندارد، جلوگیری می‌کند و این یکی از ویژگی‌های بسیار ارزشمند این سیستم محسوب می‌شود.

نوع نهایی از سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC نیز سیستم‌هایی هستند که علاوه بر تعیین دما و ایجاد گرمایش و سرمایش در سیستم، رطوبت را نیز کنترل می‌کنند. در واقع در این سیستم‌ها از ایجاد کننده رطوبت و از بین برنده آن نیز استفاده می‌شود.

استفاده از این نوع از سیستم‌های تهویه مطبوع برای افرادی که در محیط‌های بسیار خشک یا مناطق گرمسیر زندگی می‌کنند بسیار ضروری است. برخی از این افراد ترجیح می‌دهند که چند عدد وسیله ایجاد کننده رطوبت یا از بین برنده رطوبت را نصب کنند. بنابراین با استفاده از این وسایل و بدون روشن کردن دستگاه تهویه مطبوع، می‌توان رطوبت موجود در سیستم را کنترل کرد.

سیستم‌های گرمایش

سیستم‌های گرمایش انواع مختلفی را در بر می‌گیرند. برخی از این سیستم‌ها شامل کوره‌ها می‌شوند که در آن‌ها مواد مختلف برای تولید حرارت و گرما سوخته می‌شوند. در این مدل سیستم‌ها، حرارت تولید شده در کوره از طرق داکت به هوای درون اتاق منتقل می‌شود.

نوع دیگری از سیستم‌های گرمایش بویلر یا دیگ بخار است. این بویلرها، به آب گرما می‌دهند و محصول نهایی را به سمت رادیاتورها یا رادیاتورهای کف هدایت می‌کنند. نکته مهم دیگری که باید به آن اشاره کرد این است که کوره به صورت عمومی با استفاده از گاز طبیعی یا پروپان فعالیت می‌کند. این در حالی است که یک بویلر از گاز یا نفت برای گرم کردن آب استفاده می‌کند.

سیستم گرمایش رادیاتور
شکل ۴: سیستم گرمایش رادیاتور

نوع دیگری از سیستم‌های گرمایش نیز موجود هستند، این سیستم گرمایش در کف اتاق حضور دارد و گرمایش در این نوع از سیستم‌ها را گرمایش از کف می‌نامند. این نوع از سیستم‌های تهویه مطبوع از سیستم‌های پایپینگ و لوله‌کشی در کف اتاق استفاده می‌کنند. جنس این لوله‌ها از نوع لوله‌های انعطاف پذیر است که درون آن‌ها سیالی به نام آب یا محلول گلیکول جریان دارد.

سیستم گرمایش از کف
شکل ۵: سیستم گرمایش از کف

گرمایش از کف را در انواع کف‌ها با جنس‌های مختلف مانند بتن می‌توان انجام داد و در برخی از حالات نیز این روش، روشی پر بازده برای تولید گرما در خانه به حساب می‌آید.  این نوع از گرمایش را در کف پوش‌های چوبی نیز می‌توان اجرا کرد و در این حالت باید دقت زیادی انجام داد تا طرحی و نصب لوله ها به خوبی انجام شود

سیستم گرمایش از کف
شکل 6: سیستم گرمایش از کف

سیستم سرمایش

تعداد زیادی از سیستم‌های تهویه مطبوع طوری طراحی شده‌اند که قابلیت نصب توسط مشتری را دارند و بهترین انتخاب از بین این نوع از سیستم‌های تهویه مطبوع اسپلیت‌های کوچک هستند.

سیستم سرمایش در تهویه مطبوع HVAC
شکل ۷: سیستم سرمایش

نوع دیگری از سیستم‌های سرمایش نیز حضور دارند که برای آب و هوای خشک مناسب هستند. این نوع از سیستم‌ها را «کولرهای آبی» (Evaporative Coolers) گفته میشود توجه کنید که این نوع از کولرها، هوا را از بیرون میکند و آن را از روی پوشال‌ها و مقاطع خیس عبور می‌دهند و در نهایت هوای مرطوب و خنک شده را به محیط اتاق انتقال میدهد

سرمایش محیط زندگی به کمک کولر آبی
شکل ۸: سرمایش محیط زندگی به کمک کولر آبی

نحوه عملکرد سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC

شکل زیر به صورت پایه‌ای و دقیق، نحوه عملکرد یک سیستم خاص تهویه مطبوع و HVAC را نشان می‌دهد. توجه کنید که در سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC معمولا یک دستگاه تنظیم خودکار وجود دارد که تعیین می‌کند فضای اتاق باید گرم یا سرد شود. همچنین این دستگاه وظیفه تعیین درجه حرارتی که دمای اتاق باید به آن برسد را نیز به عهده دارد.

نحوه عملکرد سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC
شکل ۹: نحوه عملکرد سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC

نکته مهمی که در شکل بالا مشاهده می‌شود این است که سیستم فوق طوری طراحی شده است که سیم پیچ‌ها یا کویل‌های موجود در مجموعه، قابلیت گرم یا سرد شدن را داشته باشند. توجه کنید که مطابق شکل، سیم پیچ‌ها توسط بویلر، گرم و توسط چیلر، سرد می‌شوند.

با دقت به شکل بالا متوجه می‌شوید که هوا ابتدا از بیرون به داخل سیستم می‌آید و سپس از روی سیم‌پیچ یا کویل‌ها عبور می‌کند و در نهایت پس از گرم یا سرد شدن، به درون اتاق منتقل می‌شود.

توجه کنید که همزمان با ورود هوا از سیستم تهویه مطبوع و HVAC به درون اتاق، قسمتی از هوای اتاق از طریق یکی از خروجی‌ها به سیستم تهویه مطبوع باز می‌گردد. در واقع با استفاده از این فرایند، هوای اتاق با هوای تازه جایگزین می‌شود.

نوع دیگری از سیستم‌های تهویه مطبوع حضور دارند که این سیستم‌ها، سیستم‌های تهویه مطبوع کوچک هستند. نحوه عملکرد این سیستم به صورت کلی اینگونه است 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 سیستم را می‌توان در مکان‌هایی مانند خودروها مشاهده کرد. مکانیزم عملکرد این سیستم به صورت دقیق در شکل زیر به تصویر کشیده شده است.

سیستم تهویه مطبوع کوچک
شکل 10: نمایی از یک سیستم تهویه مطبوع کوچک

مکانیزم بالا نشان می‌دهد که چگونه یک سیستم گرما را از یک اتاق دریافت می‌کند و سپس گرمای دریافتی را درون یک مجموعه ذخیره می‌کند و در نهایت این گرما را به هوای بیرون از اتاق انتقال می‌دهد.

سیستمی که در بالا نشان داده شده، از پنج قسمت مهم تشکیل شده است و برای عملکرد صحیح این مجموعه، باید تمام این پنج قسمت به صورت صحیح و هماهنگ فعالیت کنند.

شیر انبساط

این وسیله باعث ایجاد یک محدودیت و توقف در مسیر جریان سیال درون سیستم می‌شود. نکته دیگر این است که این وسیله افت فشار زیادی را نیز در سیستم ایجاد می‌کند.

اواپراتور یا تبخیر کننده

این وسیله حاوی مبردی است که با استفاده از تبخیر این مبرد، دستگاه قادر خواهد بود تا گرمای موجود در محیط را از بین ببرد. توجه کنید که تبخیر یک فرایند گرماگیر است. بنابراین مبرد درون اواپراتور، طی فرایند تبخیر، از محیط گرما می‌گیرد.

کمپرسور

کمپرسور را می‌توان به صورت کلی به عنوان دسته‌ای از توربوماشین‌ها معرفی کرد. کمپرسور در سیستمی که در بالا معرفی شد، قلب تپنده سیستم را تشکیل می‌دهد. کمپرسور در این سیستم تهویه مطبوع، انرژی و نیروی پیشرانش یا تراست تولید می‌کند و در نتیجه این نیرو، مبرد درون سیستم به حرکت در می‌آید.

کندانسور

همانطور که اشاره شد گرمای اتاق توسط مبرد موجود در تبخیر کننده یا اواپراتور دریافت می‌شود. برای کامل شدن چرخه نشان داده شده، نیاز هست که مبرد تبخیر شده دوباره و طی فرایند میعان به حالت مایع بازگردد. این فرایند در کندانسور انجام می‌شود.

نکته مهمی که باید به آن توجه کنید این است که فرایند میعان، یک فرایند گرماده یا گرمازا است. بنابراین کندانسور در این فرایند، به عنوان وسیله‌ای محسوب می‌شود که گرما را از مبرد به محیط بیرون منتقل می‌کند.

خشک کن

به منظور حفظ کیفیت هوای اتاق، محفظه‌ای شامل فیلتر در اتاق قرار داده می‌شود که به وسیله آن می‌توان رطوبت و آلاینده‌های موجود در اتاق را تنظیم کرد. توجه کنید که حضور این مدل فیلتر برای یک فضای کوچک و بسته، ضروری به نظر می‌رسد.

انواع سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC

شش نوع اصلی از سیستم‌های HVAC در این بخش مورد بررسی قرار خواهند گرفت. شیوه عملکرد کلی این شش سیستم تغییرات بسیار کمی نسبت به مباحث اشاره شده در بخش‌های قبل دارد.

پمپ حرارتی

همانطور که می‌دانیم، گرما به صورت معمول تمایل دارد که از جسم گرم به جسم سرد یا از محیط با دمای بالا به محیط با دمای پایین منتقل شود. اما پمپ حرارتی مجموعه‌ای است که مسیر حرکت حرارت را در خلاف حرکت معمول آن ایجاد می‌کند. در واقع پمپ حرارتی گرما را از جسم یا یک محیط با دمای پایین به جسم یا محیط با دمای بالاتر منتقل می‌کند.

شکل زیر نمایی از یک پمپ حرارتی را به تصویر کشیده است.

پمپ حرارتی
شکل ۱۱: نحوه عملکرد یک پمپ حرارتی

پمپ حرارتی یک سیستم با کارایی و بازده بالا است و با استفاده از روندی که در ابتدای بخش توضیح داده شد، دمای اتاق را کنترل می‌کند. حالتی را در نظر بگیرید که هدف از به کارگیری پمپ حرارتی، گرم کردن یک محیط است. در این حالت، پمپ حرارتی از چرخه و سیکل تبرید مورد استفاده در تهویه مطبوع و یخچال‌ها استفاده می‌کند ولی هوای گرم تولید شده را به سمت مخالف یعنی به درون اتاق منتقل می‌کند.

توجه کنید که با برعکس کردن جریان هوا در پمپ حرارتی، می‌توان از این وسیله برای خنک کردن یک اتاق استفاده کرد. نکته مهم دیگری که باید به آن اشاره کرد این است که وقتی پمپ حرارتی برای سرمایش مورد استفاده قرار می‌گیرد، مکان کویل‌ها در سیستم عوض می‌شود ولی چرخه عملکرد آن تغییر نمی‌کند.

در یک پمپ حرارتی، مایع موجود در تبخیر کننده و اواپراتور، به بخار تبدیل می‌شود و طی این فرایند از محیط گرما دریافت می‌کند. در مرحله بعد فشار این بخار توسط کمپرسور افزایش می‌یابد و پس از آن، گاز پر فشار به کندانسور وارد می‌شود و در این قسمت و طی فرایند میعان به مایع تبدیل می‌شود. توجه کنید که میعان یک فرایند گرماده یا گرمازا است و طی این فرایند، گاز موجود در سیستم گرما را به محیط انتقال می‌دهد.

یونیت پشت بامی

«یونیت پشت بامی» (Rooftop Unit) یا پکیج پشت بامی کاربرد بسیار زیادی در علم تهویه مطبوع و صنایع مرتبط به آن دارد. توجه کنید که این مجموعه را تحت عنوان «دستگاه انتقال هوا» (Air Handler) نیز معرفی می‌کنند.

این مجموعه، همانطور که از نام آن پیداست، از یک سیستم بزرگ تهویه مطبوع و HVAC تشکیل شده و در پشت بام قرار داده می‌شود. هدف از طراحی چنین سیستمی، معتدل کردن دمای یک محیط بزرگ است.

همانطور که اشاره شد، سیستم یونیت پشت بامی، از یک جعبه بزرگ در پشت بام ساختمان اداره یا سایر انواع ساختمان‌ها تشکیل شده است. درون این جعبه اجزای مختلفی مانند، یک دمنده، المان‌های گرمایش و سرمایش، فیلتر، محفظه‌ها و دمپرها قرار دارند.

جعبه بزرگی که در بالا معرفی شد، به داکت‌های سیستم تهویه ساختمان متصل است و از این طریق، هوای تولید شده در کل ساختمان توزیع می‌شود و در نهایت بر حسب مدلی که سیستم یونیت پشت بامی از آن استفاده می‌کند، هوا به داخل سیستم باز می‌گردد و چرخه کامل می‌شود. شکل زیر نمایی از یک سیستم یونیت پشت بامی یا دستگاه انتقال هوا را به تصویر کشیده است.

نحوه عملکرد یونیت پشت بامی
شکل 12: نحوه عملکرد یونیت پشت بامی

پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم

پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم و یا به صورت عمومی، هر کدام از پمپ‌های حرارتی زمین‌گرمایی، ابزارهایی برای تامین گرمایش و سرمایش پایدار و قابل تحمل هستند. در واقع این سیستم با استفاده از دمای متعادل زمین در زمستان و تابستان، گرمایش و سرمایش را انجام می‌دهد.

توجه کنید که استفاده از پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم، در زمان حاضر، روش رایجی نیست و دلیل این موضوع این است که این مجموعه باید در نزدیکی یک حجم انبوه آب قرار بگیرد. اما محبوبیت سیستم‌های مختلف پمپ حرارتی زمین گرمایی به سرعت رو به افزایش است. در واقع این سیستم یکی از سیستم‌های تولید انرژی پاک محسوب می‌شود و استفاده از آن کمک بسیار زیادی به محیط زیست می‌کند.

نکته مهمی که باید به آن توجه کرد این است که سیستم‌های پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم با بهره گرفتن از دمای متعادل زمین، بازده سیستم تهویه مطبوع و HVAC را بهبود می‌بخشند. توجه کنید که نکته فوق برای انواع مختلف پمپ حرارتی مانند فعالیت در آب یا زمین، کاربرد دارد. همچنین این نکته برای هر دو حالت گرمایش و سرمایش بیان شده است. شکل زیر نمایی از یک سیستم پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم را بیان می‌کند.

سیستم پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم

زیادی انجام داد تا طراحی و نصب لوله‌ها به خوبی و به صورت صحیح انجام شود.

سیستم گرمایش از کف
شکل 6: سیستم گرمایش از کف

سیستم سرمایش

تعداد زیادی از سیستم‌های تهویه مطبوع طوری طراحی شده‌اند که قابلیت نصب توسط مشتری را دارند و بهترین انتخاب از بین این نوع از سیستم‌های تهویه مطبوع اسپلیت‌های کوچک هستند.

سیستم سرمایش در تهویه مطبوع HVAC
شکل ۷: سیستم سرمایش

نوع دیگری از سیستم‌های سرمایش نیز حضور دارند که برای آب و هوای خشک مناسب هستند. این نوع از سیستم‌ها را «کولرهای آبی» (Evaporative Coolers) می‌نامند. توجه کنید که این نوع از کولرها، هوا را از بیرون می‌مکند و آن را از روی پوشال‌ها و مقاطع خیس عبور می‌دهند و در نهایت هوای مرطوب و خنک شده را به محیط اتاق منتقل می‌کنند.

سرمایش محیط زندگی به کمک کولر آبی
شکل ۸: سرمایش محیط زندگی به کمک کولر آبی

نحوه عملکرد سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC

شکل زیر به صورت پایه‌ای و دقیق، نحوه عملکرد یک سیستم خاص تهویه مطبوع و HVAC را نشان می‌دهد. توجه کنید که در سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC معمولا یک دستگاه تنظیم خودکار وجود دارد که تعیین می‌کند فضای اتاق باید گرم یا سرد شود. همچنین این دستگاه وظیفه تعیین درجه حرارتی که دمای اتاق باید به آن برسد را نیز به عهده دارد.

نحوه عملکرد سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC
شکل ۹: نحوه عملکرد سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC

نکته مهمی که در شکل بالا مشاهده می‌شود این است که سیستم فوق طوری طراحی شده است که سیم پیچ‌ها یا کویل‌های موجود در مجموعه، قابلیت گرم یا سرد شدن را داشته باشند. توجه کنید که مطابق شکل، سیم پیچ‌ها توسط بویلر، گرم و توسط چیلر، سرد می‌شوند.

با دقت به شکل بالا متوجه می‌شوید که هوا ابتدا از بیرون به داخل سیستم می‌آید و سپس از روی سیم‌پیچ یا کویل‌ها عبور می‌کند و در نهایت پس از گرم یا سرد شدن، به درون اتاق منتقل می‌شود.

توجه کنید که همزمان با ورود هوا از سیستم تهویه مطبوع و HVAC به درون اتاق، قسمتی از هوای اتاق از طریق یکی از خروجی‌ها به سیستم تهویه مطبوع باز می‌گردد. در واقع با استفاده از این فرایند، هوای اتاق با هوای تازه جایگزین می‌شود.

نوع دیگری از سیستم‌های تهویه مطبوع حضور دارند که این سیستم‌ها، سیستم‌های تهویه مطبوع کوچک هستند. نحوه عملکرد این سیستم به صورت کلی اینگونه است 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 سیستم را می‌توان در مکان‌هایی مانند خودروها مشاهده کرد. مکانیزم عملکرد این سیستم به صورت دقیق در شکل زیر به تصویر کشیده شده است.

سیستم تهویه مطبوع کوچک
شکل 10: نمایی از یک سیستم تهویه مطبوع کوچک

مکانیزم بالا نشان می‌دهد که چگونه یک سیستم گرما را از یک اتاق دریافت می‌کند و سپس گرمای دریافتی را درون یک مجموعه ذخیره می‌کند و در نهایت این گرما را به هوای بیرون از اتاق انتقال می‌دهد.

سیستمی که در بالا نشان داده شده، از پنج قسمت مهم تشکیل شده است و برای عملکرد صحیح این مجموعه، باید تمام این پنج قسمت به صورت صحیح و هماهنگ فعالیت کنند.

شیر انبساط

این وسیله باعث ایجاد یک محدودیت و توقف در مسیر جریان سیال درون سیستم می‌شود. نکته دیگر این است که این وسیله افت فشار زیادی را نیز در سیستم ایجاد می‌کند.

اواپراتور یا تبخیر کننده

این وسیله حاوی مبردی است که با استفاده از تبخیر این مبرد، دستگاه قادر خواهد بود تا گرمای موجود در محیط را از بین ببرد. توجه کنید که تبخیر یک فرایند گرماگیر است. بنابراین مبرد درون اواپراتور، طی فرایند تبخیر، از محیط گرما می‌گیرد.

کمپرسور

کمپرسور را می‌توان به صورت کلی به عنوان دسته‌ای از توربوماشین‌ها معرفی کرد. کمپرسور در سیستمی که در بالا معرفی شد، قلب تپنده سیستم را تشکیل می‌دهد. کمپرسور در این سیستم تهویه مطبوع، انرژی و نیروی پیشرانش یا تراست تولید می‌کند و در نتیجه این نیرو، مبرد درون سیستم به حرکت در می‌آید.

کندانسور

همانطور که اشاره شد گرمای اتاق توسط مبرد موجود در تبخیر کننده یا اواپراتور دریافت می‌شود. برای کامل شدن چرخه نشان داده شده، نیاز هست که مبرد تبخیر شده دوباره و طی فرایند میعان به حالت مایع بازگردد. این فرایند در کندانسور انجام می‌شود.

نکته مهمی که باید به آن توجه کنید این است که فرایند میعان، یک فرایند گرماده یا گرمازا است. بنابراین کندانسور در این فرایند، به عنوان وسیله‌ای محسوب می‌شود که گرما را از مبرد به محیط بیرون منتقل می‌کند.

خشک کن

به منظور حفظ کیفیت هوای اتاق، محفظه‌ای شامل فیلتر در اتاق قرار داده می‌شود که به وسیله آن می‌توان رطوبت و آلاینده‌های موجود در اتاق را تنظیم کرد. توجه کنید که حضور این مدل فیلتر برای یک فضای کوچک و بسته، ضروری به نظر می‌رسد.

انواع سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC

شش نوع اصلی از سیستم‌های HVAC در این بخش مورد بررسی قرار خواهند گرفت. شیوه عملکرد کلی این شش سیستم تغییرات بسیار کمی نسبت به مباحث اشاره شده در بخش‌های قبل دارد.

پمپ حرارتی

همانطور که می‌دانیم، گرما به صورت معمول تمایل دارد که از جسم گرم به جسم سرد یا از محیط با دمای بالا به محیط با دمای پایین منتقل شود. اما پمپ حرارتی مجموعه‌ای است که مسیر حرکت حرارت را در خلاف حرکت معمول آن ایجاد می‌کند. در واقع پمپ حرارتی گرما را از جسم یا یک محیط با دمای پایین به جسم یا محیط با دمای بالاتر منتقل می‌کند.

شکل زیر نمایی از یک پمپ حرارتی را به تصویر کشیده است.

پمپ حرارتی
شکل ۱۱: نحوه عملکرد یک پمپ حرارتی

پمپ حرارتی یک سیستم با کارایی و بازده بالا است و با استفاده از روندی که در ابتدای بخش توضیح داده شد، دمای اتاق را کنترل می‌کند. حالتی را در نظر بگیرید که هدف از به کارگیری پمپ حرارتی، گرم کردن یک محیط است. در این حالت، پمپ حرارتی از چرخه و سیکل تبرید مورد استفاده در تهویه مطبوع و یخچال‌ها استفاده می‌کند ولی هوای گرم تولید شده را به سمت مخالف یعنی به درون اتاق منتقل می‌کند.

توجه کنید که با برعکس کردن جریان هوا در پمپ حرارتی، می‌توان از این وسیله برای خنک کردن یک اتاق استفاده کرد. نکته مهم دیگری که باید به آن اشاره کرد این است که وقتی پمپ حرارتی برای سرمایش مورد استفاده قرار می‌گیرد، مکان کویل‌ها در سیستم عوض می‌شود ولی چرخه عملکرد آن تغییر نمی‌کند.

در یک پمپ حرارتی، مایع موجود در تبخیر کننده و اواپراتور، به بخار تبدیل می‌شود و طی این فرایند از محیط گرما دریافت می‌کند. در مرحله بعد فشار این بخار توسط کمپرسور افزایش می‌یابد و پس از آن، گاز پر فشار به کندانسور وارد می‌شود و در این قسمت و طی فرایند میعان به مایع تبدیل می‌شود. توجه کنید که میعان یک فرایند گرماده یا گرمازا است و طی این فرایند، گاز موجود در سیستم گرما را به محیط انتقال می‌دهد.

یونیت پشت بامی

«یونیت پشت بامی» (Rooftop Unit) یا پکیج پشت بامی کاربرد بسیار زیادی در علم تهویه مطبوع و صنایع مرتبط به آن دارد. توجه کنید که این مجموعه را تحت عنوان «دستگاه انتقال هوا» (Air Handler) نیز معرفی می‌کنند.

این مجموعه، همانطور که از نام آن پیداست، از یک سیستم بزرگ تهویه مطبوع و HVAC تشکیل شده و در پشت بام قرار داده می‌شود. هدف از طراحی چنین سیستمی، معتدل کردن دمای یک محیط بزرگ است.

همانطور که اشاره شد، سیستم یونیت پشت بامی، از یک جعبه بزرگ در پشت بام ساختمان اداره یا سایر انواع ساختمان‌ها تشکیل شده است. درون این جعبه اجزای مختلفی مانند، یک دمنده، المان‌های گرمایش و سرمایش، فیلتر، محفظه‌ها و دمپرها قرار دارند.

جعبه بزرگی که در بالا معرفی شد، به داکت‌های سیستم تهویه ساختمان متصل است و از این طریق، هوای تولید شده در کل ساختمان توزیع می‌شود و در نهایت بر حسب مدلی که سیستم یونیت پشت بامی از آن استفاده می‌کند، هوا به داخل سیستم باز می‌گردد و چرخه کامل می‌شود. شکل زیر نمایی از یک سیستم یونیت پشت بامی یا دستگاه انتقال هوا را به تصویر کشیده است.

نحوه عملکرد یونیت پشت بامی
شکل 12: نحوه عملکرد یونیت پشت بامی

پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم

پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم و یا به صورت عمومی، هر کدام از پمپ‌های حرارتی زمین‌گرمایی، ابزارهایی برای تامین گرمایش و سرمایش پایدار و قابل تحمل هستند. در واقع این سیستم با استفاده از دمای متعادل زمین در زمستان و تابستان، گرمایش و سرمایش را انجام می‌دهد.

توجه کنید که استفاده از پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم، در زمان حاضر، روش رایجی نیست و دلیل این موضوع این است که این مجموعه باید در نزدیکی یک حجم انبوه آب قرار بگیرد. اما محبوبیت سیستم‌های مختلف پمپ حرارتی زمین گرمایی به سرعت رو به افزایش است. در واقع این سیستم یکی از سیستم‌های تولید انرژی پاک محسوب می‌شود و استفاده از آن کمک بسیار زیادی به محیط زیست می‌کند.

نکته مهمی که باید به آن توجه کرد این است که سیستم‌های پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم با بهره گرفتن از دمای متعادل زمین، بازده سیستم تهویه مطبوع و HVAC را بهبود می‌بخشند. توجه کنید که نکته فوق برای انواع مختلف پمپ حرارتی مانند فعالیت در آب یا زمین، کاربرد دارد. همچنین این نکته برای هر دو حالت گرمایش و سرمایش بیان شده است. شکل زیر نمایی از یک سیستم پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم را بیان می‌کند.

سیستم پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم

کل 13: نمای کلی سیستم پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم

قدم بعدی در این سیستم این است که یک حفره در نزدیکی سیستم تهویه مطبوع یا HVAC ایجاد شود. بنابراین آب سرد در زیر زمین می‌تواند توسط سیستم به بالا منتقل شود و آب شرب و همچنین آب مورد نیاز برای چرخه پمپ حرارتی را تامین کند. بنابراین ابتدا آب بالا آمده از زمین، فیلتر می‌شود و سپس در یک مبدل حرارتی قرار می‌گیرد. بنابراین گرما از آب گرفته می‌شود و از این گرما برای افزایش دمای سیستم آب خانه استفاده می‌شود.

همانطور که بیان شد به وسیله سیستم پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم، می‌توان گرمایش و سرمایش و همچنین آب گرم مصرفی را در ساختمان‌های مسکونی، اداری و تجاری تامین کرد. در شکل زیر نمایی دیگر از یک سیستم زمین گرمایی را نشان می‌دهد که منبع تامین انرژی آن می‌تواند به صورت افقی یا عمودی در زمین باشد و یا این منبع می‌تواند یک رودخانه و مخزن آب در نزدیکی منطقه در نظر گرفته شود.

شیوه عملکرد منبع زمین گرمایی
شکل 14: شیوه عملکرد منبع زمین گرمایی

شکل زیر هم به صورت مختصر شیوه استفاده از منبع زمین گرمایی در زمستان و تابستان را به تصویر کشیده است. با توجه به این شکل و همچنین توضیحات و شکل‌هایی که در بالا بیان شد، شیوه استفاده و کاربرد دقیق سیستم پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم را در حالات مختلف می‌توانید به راحتی مورد بررسی و ارزیابی قرار دهید.

منبع زمین گرمایی در زمستان و تابستان
شکل 15: منبع زمین گرمایی در زمستان و تابستان

سیستم‌های پکیج تهویه مطبوع و HVAC

سیستم‌های پکیج تهویه مطبوع اندکی شبیه به سیستم یونیت پشت بامی هستند با این تفاوت که سیستم‌های پکیج تهویه مطبوع برای مصارف خانگی طراحی شده‌اند.

سیستم‌های تهویه مطبوع مانند کولرهای پنجره‌ای و اسپلیت‌های کوچک برای سرمایش اتاق‌های کوچک مورد استفاده قرار می‌گیرند و جرمی در حدود پنج تن دارند. در مقابل سیستم‌های تهویه مطبوع کوچک، سیستم‌های تهویه مطبوع مرکزی نیز حضور دارند، این سیستم‌ها برای مکان‌های بزرگ و با وزنی حدود 20 تن طراحی شده‌اند.

سیستم‌های پکیج تهویه مطبوع، نیز بین دو سیستم فوق قرار دارند. در واقع این سیستم‌ها برای افرادی مناسب است که مقدار مصرف و حجم خانه آن‌ها بین دو سیستم فوق قرار داشته باشد. توجه کنید که دو مدل مختلف از سیستم‌های پکیج تهویه مطبوع طراحی شده است که در ادامه مطلب به معرفی آن‌ها پرداخته می‌شود.

نوع اول این سیستم‌ها (سیستم‌های پکیج تهویه مطبوع)، سیستم‌های پکیج تهویه مطبوع با «کندانسور خنک شونده توسط آب» (Water Cooled Condenser) هستند. همانطور که از نام این نوع از سیستم‌های تهویه مطبوع پیداست، این مدل از سیستم‌های تهویه مطبوع، سیستم‌هایی هستند که خنک کننده و کندانسور آن‌ها به وسیله آب کار می‌کند.

توجه کنید که برای فعالیت این نوع از سیستم‌های تهویه مطبوع، آب به صورت ثابت و به مقدار کافی باید تامین شود. این مدل از سیستم‌ها معمولا در داخل ساختمان نصب می‌شوند. شکل زیر نمایی از عملکرد این نوع از سیستم‌ها را به تصویر کشیده است.

سیستم‌های پکیج تهویه مطبوع و HVAC
شکل ۱۶: اجزای مختلف سیستم‌های پکیج تهویه مطبوع و HVAC

نمایی از ظاهر این سیستم نیز در شکل زیر نشان داده شده است.

سیستم‌های پکیج تهویه مطبوع و HVAC
شکل ۱۷: نمایی از سیستم‌های پکیج تهویه مطبوع و HVAC

نحوه عملکرد کلی این مجموعه نیز در شکل زیر به خوبی نشان داده شده است.

سیستم‌های پکیج تهویه مطبوع و HVAC
شکل 18: نحوه عملکرد سیستم‌های پکیج تهویه مطبوع و HVAC

نوع دیگری از سیستم‌های پکیج تهویه مطبوع نیز حضور دارند که به نام سیستم‌های پکیج تهویه مطبوع با «کندانسور خنک شونده توسط هوا» (Air Cooled Condenser) معروف هستند. این نوع از سیستم‌ها، توسط هوای موجود در اتمسفر خنک می‌شوند و بنابراین یونیت‌های خارجی هستند و در محیط بیرون از خانه قرار می‌گیرند.

این نوع از سیستم‌های تهویه مطبوع از یک فن تشکیل شده‌اند که هوا را قبل از عبور از روی کویل‌های کندانسور به داخل محفظه می‌مکد. این موضوع مشابه حالتی است که در یونیت‌های پشت بامی مشاهده می‌شود.

این نوع از سیستم‌های تهویه مطبوع، نسبت به نوع قبلی (خنک شونده توسط آب) بسیار محبوب‌تر هستند. در واقع در این نوع از سیستم‌های تهویه مطبوع نیاز به طراحی دقیق و نگهداری منظم برای حضور جریان آب یکنواخت نیست. شکل زیر نمایی از این نوع از سیستم‌ها را به تصویر کشیده است.

اجزای مختلف سیستم تهویه مطبوع مرکزی با پکیج
شکل 19: اجزای مختلف سیستم تهویه مطبوع مرکزی با پکیج

شیوه قرار گرفتن اجزای مختلف این مجموعه در یک ساختمان نیز در شکل زیر نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می‌شود این مجموعه در خارج از ساختمان قرار داده می‌شود و از جمله یونیت‌های خارجی محسوب می‌شود. همچنین برای استفاده از این سیستم از کانال‌های خاصی در خانه استفاده شده است. بنابراین این سیستم از جمله سیستم‌های همراه با کانال به حساب می‌آید.

نحوه عملکرد سیستم تهویه مطبوع مرکزی با پکیج
شکل 20: نحوه عملکرد سیستم تهویه مطبوع مرکزی با پکیج

سیستم تهویه مطبوع و HVAC از نوع اسپلیت

سیستم «اسپلیت» (Split) به صورت ساده به حالتی گفته می‌شود که اجزای کلیدی آن از یکدیگر جدا شده‌اند و در مکان‌های مختلفی قرار گرفته‌اند. در واقع نام اسپلیت نیز در زبان انگلیسی به معنای جدا شده است. در واقع بخشی از این سیستم شامل کندانسور و کمپرسور در بیرون از اتاق و بخشی دیگر مانند دمنده و تبخیر کننده در داخل اتاق قرار گرفته‌اند.

این نوع از سیستم‌ها به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند. دسته اول «اسپلیت‌های کوچک« (Mini Split) نام دارد که به «سیستم بدون داکت» (Ductless System) نیز معروف هستند. دسته دوم، «سیستم مرکزی» (central system) نام دارد.

تهویه مطبوع با استفاده از سیستم مرکزی، دو مدل مختلف دارد. در شکل بالا (بخش قبل)، نمونه‌ای از سیستم‌های مرکزی از نوع پکیج را نشان داده است. در سیستم‌های پکیج مرکزی، کمپرسور، کندانسور و اواپراتور در داخل یک پکیج قرار دارند و این پکیج در مکانی نزدیک خانه و یا در سقف خانه نصب می‌شود.

نوع دیگری از سیستم‌های مرکزی وجود دارد که این سیستم‌ها به سیستم‌های مرکزی اسپلیت معروف هستند. در این نوع از سیستم‌های تهویه مطبوع، کندانسور و کمپرسور در بیرون از مجموعه و اواپراتور در داخل خانه قرار می‌گیرد و با استفاده از کانال، جریان هوا در خانه توزیع می‌شود. شکل زیر نمونه از سیستم‌های مرکزی از نوع اسپلیت را به تصویر کشیده است.

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *









(کلیه حقوق این سایت برای شرکت تهویه جاوید میباشد)
گروه برنامه نویسی دارکد