تهویه مطبوع چیست؟

تهویه مطبوع یا همان HVAC، مخفف واژه­ های Heating (گرمایش)، Ventilation (تعویض هوا) و Air Conditioning (تهویه مطبوع) می­ باشد. در واقع تهویه مطبوع یعنی صنعتِ استفاده از فناوری های مختلف برای کنترل دما، رطوبت و خلوص هوا در یک فضای بسته. هدف از تهویه مطبوع ارائه آسایش حرارتی و کیفیت هوای داخلی قابل قبول است. طراحی سیستم های تهویه مطبوع یکی از زیرشاخه های مهندسی مکانیک است که بر اساس اصول ترمودینامیک، مکانیک سیالات و انتقال حرارت صورت می ­گیرد.

گاهی اوقات واژه Refrigeration (تبرید) به این مخفف اضافه می­ شود که در این صورت HVAC به HVAC&R یا HVACR تبدیل می گردد. البته، در برخی متون با حذف واژۀ Ventilation، اصطلاح HVAC به HACR تبدیل شده است. می­ بایست توجه داشت که تهویه مطبوع را می توان به راحتی با عبارت AC نشان داد، اما، در واقع AC فقط به تهویه مطبوع اشاره دارد، در حالی که HVAC سیستم گسترده تری می باشد که ممکن است شامل یک واحد تهویه مطبوع باشد یا نباشد.

یک محیط راحت برای زندگی و یا کار، فراتر از صرفاً وجود دما و رطوبتِ مطلوب است. آن دسته از الزامات ایجاد شرایط آسایش که معمولاً تحت تأثیر سیستم HVAC قرار می گیرند عبارتند از:

• رطوبت
• جابجایی هوا
• هوای تازه
• پاکیزگی هوا
• سطح صدا

پیشنهاد مطالعه:

تهویه مطبوع بیمارستان

تهویه مطبوع هتل

تهویه مطبوع ساختمان اداری

تهویه مطبوع استخر

گرمایش (Heating)

یک سیستم HVAC شامل انواعی از تجهیزات – مانند کوره، دیگ بخار یا پمپ حرارتی – برای تولید گرما است که برای گرم کردن فضای داخلی استفاده می شود. این تجهیزات ممکن است یک اتاق، منطقه یا کل ساختمان را هدف قرار دهد. تجهیزات گرمایشی از روش‌های مختلفی برای گرم کردن یک فضا (رسانایی، همرفت یا تشعشع) استفاده می‌کنند و از انواع مختلفی از منابع برای تولید گرما مانند برق، پروپان، روغن گرمایشی یا گاز طبیعی استفاده می‌کنند. اگرچه گرمایش معمولاً دغدغه اصلی در HVAC مراکز داده (Data center) نیست، اما همچنان یک عامل مهم به شمار می رود، به ویژه در آب و هوای سرد.

اساساً سیستم­ های گرمایشی در دو دستۀ کلی می توان بررسی نمود:

• تولید گرما
• توزیع گرما

تولید گرما

بخاری ها برای انواع مختلف سوخت از جمله سوخت جامد، مایع و گاز وجود دارند. نوع دیگری از منبع گرما، الکتریسیته است که معمولاً از نوارهای گرمایشی شامل سیم هایی با مقاومت بالا تشکیل شده است. این اصل برای بخاری های قرنیزی و بخاری های قابل حمل نیز استفاده می شود. بخاری های الکتریکی اغلب به عنوان گرمای پشتیبان یا مکمل برای سیستم های پمپ حرارتی استفاده می شوند.

پمپ حرارتی در دهه 1950 در ژاپن و ایالات متحده محبوبیت یافت. پمپ های حرارتی می توانند گرما را از منابع مختلفی مانند هوای محیط، هوای خروجی از ساختمان یا از زمین استخراج کنند. پمپ های حرارتی گرما را از بیرون سازه به هوای داخل منتقل می کنند. در ابتدا، سیستم‌های تهویه مطبوعِ پمپ حرارتی تنها در آب و هوای معتدل مورد استفاده قرار می‌گرفتند، اما با بهبود عملکرد دما پایینِ این سیستم ها و نیز کاهش بار حرارتی به دلیل وجود ساختمان های کارآمدتر، محبوبیت آن‌ها در آب و هوای خنک‌ تر افزایش یافته است. بخصوص آنکه می‌توانند به صورت معکوس جهت خنک کردن فضای داخلی نیز استفاده شوند.

پیشنهاد مطالعه:

داکت اسپلیت چیست؟

توزیع گرما

آب / بخار: در مورد آب گرم یا بخار، از لوله کشی برای انتقال گرما به اتاق ها استفاده می شود. بیشتر سیستم های گرمایشیِ دیگ آب گرمِ مدرن، دارای یک سیرکولاتور هستند که شامل پمپی است که آب گرم را از طریق سیستم توزیع منتقل می کند (بر خلاف سیستم های قدیمی تغذیه گرانشی). گرما را می توان با استفاده از رادیاتورها، کویل های آب گرم (هیدرو- هوا) یا انواع مبدل حرارتی به هوای اطراف منتقل کرد. رادیاتورها ممکن است بر روی دیوارها نصب شوند یا در داخل کف نصب گردند تا از کف گرما را منتقل کنند.

آب به عنوان واسطۀ انتقال حرارت، یک عامل هیدرولیکی است. آب گرم شده، همچنین می تواند در یک مبدل حرارتیِ کمکی برای تأمین آب گرم جهت حمام کردن و شستشو اسفاده گردد.

پیشنهاد مطالعه:

کولینگ تاور(برج خنک کننده) چیست؟

هوا: سیستم‌های هوای گرم، هوای گرم شده را از طریق سیستم کانال کشی هوای رفت و برگشت (از طریق کانال‌های فلزی یا فایبرگلاس) توزیع می‌کنند. بسیاری از سیستم ها از کانال های مشابه برای توزیع هوای خنک شده توسط کویل اواپراتور یا کویل آبی بمنظور تهویه مطبوع استفاده می کنند. جریان هوای رفت معمولاً از طریق فیلترهای هوا فیلتر می شود تا ذرات گرد و غبار و گرده از بین بروند.

تعویض هوا (Ventilation)

یک سیستم جامعِ تعویض هوا برای داشتن HVAC مؤثر ضروری است. تعویض هوا مکانیزمی جدا از گرمایش یا تهویه مطبوع است، اما در ارتباط با هر دو کار می کند و جریان هوای لازم برای گرم کردن یا خنک کردن مؤثر ساختمان را حفظ می کند. علاوه بر این، هوای داخل را با هوای بیرون مبادله می کند تا از تأمین هوای تازه اطمینان حاصل شود. تعویض هوا همچنین می تواند در فیلتر کردن هوا یا حفظ سطح مناسب رطوبت، بسته به سیستم گرمایش یا سرمایش، نقش داشته باشد. تعویض هوای مناسب به ویژه در مراکز داده مهم است، جایی که از آن در هماهنگی با تهویه مطبوع برای خنک کردن زیرساخت های فناوری اطلاعات استفاده می شود. مراکز داده بسته به نوع تجهیزات و چیدمان آنها، از استراتژی های مختلفی برای تعویض هوا و خنک سازی سیستم های خود استفاده می کنند.

در کل، تعویض هوا فرآیند تغییر یا جایگزینی هوا در هر فضایی جهت کنترل دما یا حذف هرگونه ترکیبی از رطوبت، بو، دود، گرما، گرد و غبار، باکتری های موجود در هوا یا دی اکسید کربن و سپس دوباره پر کردن اکسیژن است. تعویض هوا اغلب به تحویل عمدیِ هوای بیرون به فضای داخلی ساختمان اشاره دارد. تعویض هوا یکی از مهم ترین عوامل برای حفظ کیفیت هوای داخلیِ قابل قبول در ساختمان ها می باشد.

پیشنهاد مطالعه:

فن کویل چیست؟

روش‌های تعویض هوا را می‌توان به انواع مکانیکی/ اجباری و طبیعی تقسیم کرد.

• تعویش هوای اجباری یا مکانیکی
• تعویض هوای طبیعی

 روش تعویض هوای مکانیکی / اجباری

تعویض مکانیکی یا اجباریِ هوا توسط یک دستگاه هوارسان یا همان دستگاه هواساز (AHU) انجام می گیرد و برای کنترل کیفیت هوای داخل ساختمان استفاده می شود. رطوبت بیش از حد، بوها و آلاینده ها را اغلب می توان از طریق رقیق کردن یا جایگزینی با هوای بیرون کنترل کرد. با این حال، در آب و هوای مرطوب انرژی بیشتری برای حذف رطوبت اضافی از هوای تهویه مورد نیاز است.

پیشنهاد مطالعه:

هواساز هایژنیک چیست؟

آشپزخانه ها و حمام ها معمولاً دارای اگزوزهای مکانیکی برای کنترل بو و گاهی رطوبت هستند. عواملی که در طراحی چنین سیستم هایی وجود دارد عبارتند از نرخ جریان (که تابعی از سرعت فن و اندازه دریچه اگزوز است) و سطح نویز. فن های درایو مستقیم برای بسیاری از کاربردها در دسترس هستند و می توانند نیازهای تعمیر و نگهداری را کاهش دهند.

در تابستان، پنکه‌های سقفی و فن‌های رومیزی/زمینی، هوا را در داخل اتاق به گردش در می‌آورند تا با افزایش تبخیر عرقِ روی پوستِ سرنشینان، دمای حس شده را کاهش دهند. از آنجایی که هوای گرم بعلت سبک بودن به بالای می رود، ممکن است از پنکه های سقفی برای گرمتر نگه داشتن اتاق در زمستان با گردش هوای گرم از سقف به کف استفاده شود.

تعویض هوای طبیعی

تعویض هوای طبیعی عبارت است از تهویۀ ساختمان با هوای بیرون بدون استفاده از فن یا سایر سیستم های مکانیکی. وقتی فضاها کوچک هستند و معماری اجازه می‌دهد، می‌توان از طریق پنجره‌ها، دریچه‌ها یا دریچه‌های قابل اجرا تعویض هوا انجام شود. ASHRAE تهویه طبیعی را به‌عنوان جریان هوا از طریق پنجره‌های باز، درها، دریچه های مشبک و دیگر نفوذهای برنامه‌ریزی‌شده در پوشش ساختمان تعریف می‌کند و این تهویه را به‌وسیله اختلاف فشار طبیعی و/یا مصنوعی ایجاد می‌کند.

در طرح های پیچیده‌تر، هوای گرم اجازه می‌یابد بالا بیاید و از دهانه‌های بلند ساختمان به بیرون جریان یابد که باعث می‌شود هوای خنک بیرون به داخل دهانه‌های پایین ساختمان کشیده شود. طرح های تهویه طبیعی می توانند انرژی بسیار کمی مصرف کنند، اما برای اطمینان از ایجاد شرایط آسایش کافی باید مراقب بود. چنانکه در آب و هوای گرم یا مرطوب، ممکن است حفظ آسایش حرارتی تنها از طریق تهویه طبیعی امکان پذیر نباشد. سیستم های تهویه مطبوع چه به عنوان پشتیبان یا مکمل استفاده می شوند. اکونومایزرهای سمت هوا نیز از هوای بیرون برای تهویه مطبوع فضاها استفاده می کنند، اما این کار را با استفاده از فن ها، کانال ها، دمپرها و سیستم های کنترلی برای توزیع هوای خنکِ بیرون انجام می دهند.

یکی از مؤلفه های مهم در تعویض طبیعیِ هوا، نرخ تعویض هوا یا حجم تغییرات هوا در ساعت است، یعنی نرخ ساعتی تعویض هوا تقسیم بر حجم فضا. به عنوان مثال، شش بار تعویض هوا در ساعت به این معنی است که هر ده دقیقه یک بار هوای جدید، برابر با حجم فضا اضافه می شود. برای راحتی انسان، حداقل چهار بار تعویض هوا در ساعت معمول است، اگرچه انبارها ممکن است فقط دو بار تعویض داشته باشند. نرخ بسیار بالای تعویض هوا ممکن است ناراحت کننده باشد، شبیه به یک تونل باد که هزاران بار تعویض هوا در ساعت دارد.

فشار اتاق نسبت به خارج از اتاق می تواند مثبت یا منفی باشد. فشار مثبت زمانی اتفاق می‌افتد که هوای بیشتری نسبت به هوای تخلیه شده وارد ساختمان شود که برای کاهش نفوذ آلاینده‌های بیرونی رایج است.

تهویه مطبوع (Air Conditioning)

یک سیستم HVAC شامل نوعی از تجهیزات برای خنک کردن هوای در گردش است. یک سیستم تهویه مطبوع یا یک تهویه کنندۀ مطبوع مستقل، کنترل خنک کاری ویا رطوبت را برای تمام یا بخشی از ساختمان فراهم می کند. ساختمان‌های دارای تهویه مطبوع اغلب دارای پنجره‌های مهر و موم شده هستند، زیرا پنجره‌های باز برخلاف سیستمی که برای حفظ شرایط هوای داخل ساختمان در نظر گرفته شده است، عمل می‌کنند.

هوای تازه (هوای بیرون) به طور کلی توسط دریچه ای به داخل یک محفظه اختلاط برای مخلوط شدن با هوای برگشتی به داخل سیستم  کشیده می شود. سپس هوای مخلوط از یک مبدل حرارتی داخلی یا خارجی عبور کرده تا به این ترتیب خنک شود، سپس به سمت فضای مورد نظر هدایت می گردد که فشار هوای مثبت ایجاد می کند. درصد هوای برگشت و هوای تازه را که در مجموع، هوادهی سیستم را تشکیل می دهند، معمولاً با تنظیم دهانهِ دریچه های مربوطه (دمپرها) قابل تنظیم است. ورودی هوای تازه، معمولاً حدود 10 درصد از کل هوادهی سیستم است.

تهویه مطبوع و تبرید از طریق حذف گرما فراهم می شود. گرما را می توان از طریق تشعشع، همرفت یا رسانش حذف کرد. واسطۀ انتقال حرارت یک سیستم تبرید است، مانند آب، هوا، یخ و مواد شیمیایی که به عنوان مبرد شناخته می شوند. مبرد یا در یک سیستم پمپ حرارتی که در آن از کمپرسور برای هدایت سیکل ترمودینامیکی تبرید استفاده می‌شود، یا در یک سیستم خنک‌ کنندۀ آزاد که از پمپ‌ها برای گردش مبرد خنک (معمولاً آب یا مخلوط گلیکول) استفاده می‌کند، استفاده می‌شود.

سیکل تبرید

سیکل تبرید تراکمی بخار از چهار عنصر ضروری برای خنک سازی استفاده می کند که عبارتند از کمپرسور، کندانسور، شیر انبساط و اواپراتور.

در ورودی کمپرسور، مبرد داخل سیستم در فشار کم، دمای پایین و حالت گازی است. کمپرسور گاز مبرد را تا فشار و دمای بالا پمپ می کند.

از آنجا وارد یک مبدل حرارتی می گردد (کندانسور) جایی که گرما را از خود دفع می کند تا ابتدا خنک شده و سپس به فاز مایع تبدیل شود و در نهایت چند درجه خنک گردد.

یک شیر انبساط (که دستگاه اندازه گیری نیز نامیده می شود) جریان مایع مبرد را با سرعت مناسب تنظیم می کند.

مبرد (در حالت دو فازی – بیشتر مایع) به مبدل حرارتی دیگری (اواپراتور) بازگردانده می شود، جایی که اجازۀ تبخیر می یابد. همانطور که مبرد مایع تبخیر می شود، گرما را از سیال خنک شونده (آب یا هوا) جذب می کند. در ادامۀ فریاند جذب گرما، بخار مبرد چند درجه گرم شده و در نهایت به کمپرسور باز می گردد و به این ترتیب سیکل تکرار می شود.. در این فرآیند گرما از داخل ساختمان جذب شده و به بیرون منتقل می شود و در نتیجه باعث خنک شدن فضای داخل ساختمان می گردد.

گاهی ممکن است سیستم شامل یک شیر معکوس باشد که این چنین از گرمایش در زمستان به سرمایش در تابستان تغییر می کند. با معکوس کردن جریان مبرد در سیکل تبرید، پمپ حرارتی از سرمایش به گرمایش یا بالعکس تغییر می کند. این اجازه می دهد تا ساختمان توسط یک تجهیز با همان متعلقات و سخت افزار گرم و خنک شود.

پیشنهاد مطالعه: در تمامی محصولات زیر به طور جامع و کامل انواع سیستم های مجهز به سیکل تبربد تراکمی بخار و نحوه عملکردشان و همچنین کاربرد هر یک به طور جامع بررسی شده است

چیلر چیست؟

چیلر تراکمی چیست؟

چیلر تراکمی هوا خنک

چیلر تراکمی آب خنک

مینی چیلر

چیلر صنعتی

چیلر دستگاه تزریق پلاستیک

چیلر خانگی

خنک کاری آزاد(Free cooling)

سیستم های خنک کاری آزاد (Free cooling) دقیقاً بر خلاف یک پمپ حرارتی عمل می کنند. پمپ حرارتی گرما از نقطه ای با دمای پایین به نقطه ای با دمای بالا منتقل می کند و از آنجا که این خلاف جهت طبیعیِ انتقال حرارت است، می بایست با مصرف انرژی، گرما پمپ شود. اما، در خنک کاری آزاد یا طبیعی، خنک کاری در جهت طبیعیِ انتقال حرارت اتفاق می افتد. به همین دلیل است که این نوع خنک کاری را خنک کاری آزاد یا طبیعی می نامند.

در برخی از پروژه های تهویه مطبوع (مثل بیمارستان ها، هتل ها و دیتا سنترها) و همچنین در پروژه های برودت صنعتی، نیاز است که حتی در فصولی غیر از تابستان، خنک کاری اتفاق بیفتد. در چنین شرایطی با توجه به اقلیم محل پروژه و رِنج دماییِ مورد نیاز در آن پروژه، می توان از هوای محیط که دمایی پایین تر از دمای نقطۀ طراحیِ دارد جهت خنک کاری محیط یا فرایند مورد نظر استفاده نمود. به کمک این سیستم می توان، با مصرف انرژی بسیار کمتری در مقایسه با پمپ حرارتی، سیال واسطه (معمولاً آب و گلیکول) را تا 5 درجۀ سانتی گراد بیشتر از دمای هوای محیط خنک کرد و از آن در تهویه مطبوع و یا یک فرایند صنعتی استفاده نمود.

پیشنهاد مطالعه:

چیلر جذبی چیست؟

در برخی از سیستم های هوارسان وضعیتی به نام “اکونومایزر”  تعریف می شود که در واقع عمان وضعیت ” خنک کنندۀ آزاد” است. در زمان مناسب، جهت بهینه سازی مصرف انرژی، سیستم کنترلی دمپر هوای تازه را (به طور کامل یا جزئی) باز می کند و دمپر هوای برگشتی را (به طور کامل یا جزئی) می بندد. این امر باعث می شود تا هوای تازۀ بیشتری و حتی گاهی صرفاً هوای تازه به داخل ساختمان فرستاده شود. این در شرایطی است که هوای بیرون خنک‌تر از هوای خنک مورد نیاز (نقطۀ طراحی) است. این گونه بدون استفاده از منبع مکانیکی خنک‌کننده (معمولاً آب سرد یا واحد DX با انبساط مستقیم) نیاز برودتی ساختمان برآورده می شود و در نتیجه در مصرف انرژی صرفه‌جویی خواهد شد. بنابراین، در ه چنین هوارسان هایی می بایست ابعاد دمپر هوای تازه بر مبنای هوادهی کلِ دستگاه تعیین شود.

سیستم کنترلی می‌تواند دمای هوای بیرون را با هوای برگشتی مقایسه کند، یا می‌تواند آنتالپی هوا را مقایسه نماید. چرا که در برخی از اقلیم ها (مناطق شرجی) رطوبت بیشتر مشکل‌ساز است. بنابراین، در هر دو حالت (دما و آنتالپی) هوای بیرون باید انرژی کمتری نسبت به هوای برگشتی داشته باشد تا سیستم وارد حالت اکونومایزر شود.

پیشنهاد مطالعه:

آیس بانک چیست؟

اجزای تشکیل دهنده یک سیستم تهویه مطبوع یا HVAC

یک سیستم HVAC کامل بیش از یک جزء دارد. در واقع، دارای یونیت ها و قسمت های متعددی است، چه در داخل و چه در خارج از ساختمان شما، که همه با هم کار می کنند و کارهای مختلفی را انجام می دهند تا آسایش کامل را برای شما به ارمغان بیاورند. اجزای مختلف زیادی یک سیستم HVAC را تشکیل می دهند، اما در ادامه تعدادی از مواردی که به احتمال زیاد در سیستم خود مشاهده کرده اید، به علاوۀ کارهایی که انجام می دهند را بررسی می کنیم:

تهویه کنندۀ هوا (Air conditioner): با حذف گرما و رطوبت از داخل و انتقال آن به بیرون، ساختمان شما را خنک می کند.

هیت پمپ (Heat pump): برخلاف نامشان، یک پمپ حرارتی می تواند خانه شما را هم گرم کرده و هم خنک کند. آنها از مبرد برای جذب، انتقال و انتشار گرما استفاده می کنند و بسته به اینکه نیاز به گرمایش یا سرمایش دارید، می توانند جریان مبرد را معکوس کنند. پمپ های حرارتی با برق کار می کنند نه سوخت های فسیلی. البته هیت پمپ سیستم ghp با استفاده از گاز طبیعی راه اندازی می شود که امروزه در ایران پندان کاربردی ندارد.

کوره (Furnace): کوره ها با سوزاندن یک منبع سوخت مانند گاز طبیعی یا پروپان گرما ایجاد می کنند. حرارتی که آنها ایجاد می کنند سپس در سراسر ساختمان شما توزیع می شود تا دمای داخل افزایش یابد.

تأمین کنندۀ هوا (Air handler): هوای گرم و یا هوای خنک ایجادشده توسط سایر واحدهای HVAC را در کل ساختمانِ شما به گردش در می آورد تا بتوان به دمای دلخواه در هر اتاق دست یافت.

کانال کشی (Ductwork): کانال کشی مجموعه ای از کانال هایی که هوا را از واحدهایی مانند کوره، تهویه کنندۀ هوا و پمپ حرارتی، حمل و توزیع می‌کند.

ترموستات (Thermostat): ترموستات که در داخل ساختمان شما قرار می­ گیرد، به شما این امکان می دهد که دمای داخل اتاق خود را کنترل کنید. هنگامی که دمای ترموستات خود را تغییر می دهید، به بقیۀ واحدهای سیستم HVAC شما سیگنال می دهد که اتاق شما باید گرمتر یا خنک تر باشد.

طراحی، ساخت و فروش انواع سیستم های تهویه مطبوع

شرکت مهندسی تهویه نگار با تکیه بر دانش متخصصان خود سعی دارد انواع سیستم های تهویه را متناسب با شرایط مالی کارفرمایان طراحی کند. رزومه شرکت در زمینه طراحی و ساخت انواع چیلر تراکمی و چیلر جذبی، انواع هواساز معمولی و هایزنیک، انواع کندانسور و سیستم های خنک کاری بسیار غنی است و شرکت های بزرگی همچون ایران خودرو، کاله، ارگان های نظامی، نهاد های دولتی و… در لیست رزومه تهویه نکار موجود است. به منظور مشاوره و استعلام قیمت چیلر و سایر سیستم های برودتی با کارشناسان ما در تماس باشید. کارشناس فروش(عمادی) 09102072884