کنترل رطوبت در تهویه مطبوع (راهکارهای رطوبت گیری)

موزه‌ها و کارخانه‌های چاپ تنها مواردی نیستند که به کنترل رطوبت نیاز دارند. چنانکه این موضوع می بایست یک طرح کلیدی در هریک از کاربردهای سیستم تهویه مطبوع یا HVAC باشد. میزان رطوبت بالا می تواند کیفیت هوای داخل ساختمان را کاهش دهد، ساکنان را آزار داده و به ساختار و اثاثیۀ ساختمان آسیب برساند. برای جلوگیری از مشکلاتِ ناشی از رطوبت زیاد، مهم است دریابیم که یک سیستم تهویه مطبوع چقدر در بار کامل و چقدر در بار جزئی رطوبت زدایی می کند.

پیشنهاد مطالعه:

تهویه مطبوع بیمارستان

تهویه مطبوع استخر

تهویه مطبوع ساختمان اداری

تهویه مطبوع هتل

رطوبت گیری در بار جزئی

این یک افسانه است که سیستم های HVAC سنتی رطوبت را همراه با دما کنترل می کنند. در واقع، عملکرد رطوبت زدایی در بار جزئی بسته به نوع سیستم و استراتژی کنترل متفاوت است.

اکثر سیستم‌های با حجم ثابت (CV) نظیر روفتاپ پکیج، فن کویل و … بدون توجه به بار سرمایشی، یک فضای مشخص را با مقدار ثابتی هوا تغذیه می‌کنند. یک ترموستات، دمای حباب خشک در فضای مورد نظر را با یک نقطه تنظیم مقایسه می کند و سپس ظرفیت سرمایشی سیستم را متناسب با آن تعدیل می کند. در نتیجه، برای جلوگیری از سرد شدن بیش از حد اتاق در بار جزئی، سیستم باید هوای گرم تری را تأمین کند.

در یک کاربرد معمول برای استفاده از آب سرد جهت سرمایش، یک شیر تعدیل کننده، ظرفیت سیستم را با کاهش دبی جریان آبِ عبوری از کویل سرمایشی کاهش می دهد. بطوریکه سطح کویل کمتر خنک شده و به این ترتیب سرمایش کمتری را فراهم می‌کند (افزایش دمای حباب خشک هوای تأمین شده برای اتاق). از طرفی، رطوبت کمتری را از جریان هوای عبوری حذف می‌کند (افزایش نقطه شبنم هوای تأمین شده برای اتاق).

در کاربرد های انبساط مستقیم (DX)، کمپرسور – در صورتی که اینورتردار نباشد – به طور منظم خاموش می گردد تا از خنک شدن بیش از حد جلوگیری شود. از آنجایی که کمپرسور درصد کمتری از ساعت شبانه روز کار می کند، ظرفیت رطوبت زدایی به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. کمپرسور به اندازه کافی کار نمی کند تا میعانات انباشته شده به سینی درین تخلیه شود، بطوریکه برای مدت زمان طولانی تری خاموش مانده و در حالی که فن به کار خود ادامه می دهد رطوبت باقی مانده روی سطح کویل این فرصت را پیدا می کند تا دوباره تبخیر شود.

بنابراین می توان نتیجه گرفت که سیستم های CV ظرفیت محسوس را با بار محسوس مطابقت می دهند و مقدار ظرفیت رطوبت گیری تصادفی است. با کاهش بار، سیستم هوای گرم تری را ارائه می دهد؛ پس تنها در صورتی که بار محسوس به اندازه کافی زیاد باشد، ممکن است مقداری رطوبت زدایی اتفاق بیفتد.

راهکار رطوبت گیری در شرایط وجود بار جزئی

خوشبختانه، با طراحی و کنترل مناسب سیستم‌های HVAC می‌توان در طیف وسیعی از شرایط، بنحو بهتری رطوبت زدایی را انجام داد و این کار را مقرون‌ به‌ صرفه و با صرفه‌جویی انرژی به سرانجام رساند.

خنک، خشک و بی صدا (CDQ)؛ راهکار رطوبت­ گیری برای قرن 21

سیستم رطوبت گیر CDQ (مخفف Cool, Dry & Quiet)، سیستمی منحصر به فرد است که چرخ خشک کنی را بصورت سری با کویل سرمایشی قرار می دهد.

همانطور که در شکل فوق مشاهده می شود در سمت “فرآیند” چرخ خشک کن (نیمۀ پایینی) بخار آب از هوای پایین دست کویل سرمایشی جذب می شود، در حالی که در سمت “بازسازی” (نیمۀ بالایی) چرخ دوباره آن را به هوای بالادست کویل اضافه می کند و اساساً به کویل یک فرصت دوباره داده می شود تا بخار آب موجود در جریان هوای عبوری را حذف کند. در واقع، افزودن چرخ خشک کن ظرفیت رطوبت زدایی (بار نهان) کویل را بدون افزایش ظرفیت سرمایشیِ کل آن بالا می برد.

البته می بایست توجه داشت که طرح ارائه شده در شکل بالا اساساً برای اقلیم های مرطوب و شرجی که بار سرمایشی غالب در آنجا از نوع بار نهان است، توجیه فنی و اقتصادی دارد؛ در غیر این صورت استفاده از چرخ خشک کن برای سایر اقلیم ها، مشابه شماتیک شکل زیر انجام خواهد گرفت.

برخلاف اکثر سیستم های سنتی که از کویل سرمایشی برای رطوبت زدایی استفاده می کنند، نقطه شبنم هوای خروجی از چرخ خشک کن می تواند کمتر از دمای سطح کویل باشد. این به سیستم اجازه می دهد تا با تجهیزات سرمایشی استاندارد به نقاط شبنم کمتری دست یابد.

افزودن چرخ خشک کن به یک دستگاه هواساز با کویل سرمایشیِ DX یا آبی منجر به بهبود 20 تا 300 درصدی ظرفیت رطوبت زدایی، دستیابی به 5 الی 15 درجه فارنهایت دمای نقطه شبنم پایین تر و نیز کاهش 20 تا 80 درصدیِ مصرف انرژی در مقایسه با سیستم هایی می شود که از کویل سرمایشی در کنار کویل بازگرمایش استفاده می کنند.

ماتریس چرخ خشک کن دارای کانال های موازی زیادی به سمت محور چرخش است و ساختار لانه زنبوری دارد. این کانال ها به اشکال مختلف مثلثی، سینوسی و شش‌ضلعی هستند. چرخ‌های خشک‌کننده نه تنها برای رطوبت‌زدایی هوا، بلکه برای بازیابی آنتالپی نیز می توانند مورد استفاده قرار گیرند. هنگامی که برای بازیابی آنتالپی استفاده می شوند، بخار آبی وجود ندارد و بین جریان هوای فرآیند (Supply air) و هوای برگشت (Return air) می چرخد ​​تا انتقال گرما و رطوبت بین جریان ها را تسهیل کند. بنابراین چرخ آنتالپی در زمستان برای بازیابی گرما و رطوبت از هوای اگزاست استفاده می شود، در حالی که در تابستان برای خنک کردن و رطوبت زدایی هوای فرآیند بکار می رود. سرعت چرخش چرخ به وضعیت کارکرد دستگاه هوارسان بستگی دارد: معمولاً در محدودۀ 6 الی 12 چرخش در ساعت در حالت رطوبت گیری و 8 الی 14 چرخش در دقیقه برای حالت بازیابی آنتالپی تغییر می کند.

بازگرمایش از طریق گاز داغ: کنترل مقرون به صرفۀ رطوبت

بازگرمایش از طریق گاز داغ، امکان کنترل رطوبت فضا را با بازیافت انرژی گرمایی فراهم می کند که در غیر این صورت در فضای بیرون دفع می شد. هنگامی که رطوبت فضا از حد مورد نظر فراتر رفت، گاز داغ خروجی از کمپرسور از طریق یک کویل حرارتی به پایین دست کویل سرمایشی هدایت می شود. کمپرسور به کار خود ادامه می دهد و هوا را رطوبت زدایی می کند، در حالی که کویل بازگرمایش از سرد شدن بیش از حد فضا جلوگیری می کند.

VAV: رطوبت گیری مؤثر در بسیاری از کاربردها

سیستم های با حجم هوادهی متغیر (VAV) معمولاً به طور مؤثری در محدوده وسیعی از بارهای داخلی رطوبت‌گیری می‌کنند. تا زمانی که هر فضایی نیاز به خنک کردن دارد، سیستم هوارسان VAV جریان هوایی که به اندازۀ کافی دمای نقطۀ شبنم پایینی دارد را فراهم می کند (به اندازه کافی خنک و خشک) تا بار نهان اتاق را جبران کند.

نکته ای که وجود دارد این است که در طول فصل گرما می بایست از تنظیم مجدد دمای هوای تغذیه شده در اتاق خودداری شود؛ چراکه هوای گرمتر به معنای رطوبت زدایی کمتر در کویل و رطوبت بیشتر در فضا است. همچنین مصرف انرژی فن دمنده را نیز افزایش می دهد (شاید به اندازه ای باشد که صرفه جویی در مصرف انرژی جهت سرمایش را خنثی کند).

سیستم های VAV معمولاً در قالب هواساز و یا روفتاپ پکیج تعریف می شوند.

سیستم های اختصاصیِ هوای تازه: جداسازیِ بارهای نهان و محسوس

هدایت کامل هوای تازه از طریق یک واحد هوارسانِ اختصاصی می تواند بارهای سرمایشیِ محسوس و نهان مرتبط با تهویه را از بین ببرد. سپس این هوای تازۀ مطبوع شده مستقیماً به فضاهای مورد نظر و یا واحدهای محلی (مثلا فن کویل) تحویل داده می شود. سپس هریک از این واحدها برای حفظ دمای فضا، فقط هوای چرخشی را خنک یا گرم می کنند.

برای به دست آوردنِ مقرون به صرفه ترین و کم مصرف ترین سیستم اختصاصی هوای تازه، می بایست هوای تازه رار طوبت گیری نمود تا خشک تر از فضای داخل ساختمان باشد. این موضوع به هوای تهویه اجازه می دهد تا بار نهان فضا و ناتوانی واحدهای با حجم ثابت محلی در رطوبت زدایی هنگام وجود بار جزئی را جبران کند. واحد اختصاصی هوای تازه  می بایست طوری سایز شود که میزان رطوبت نسبی را تا یک حد مشخصی (مثلاً 60٪) در بدترین شرایط محدود گردد. طراحی بمنظور دستیابی به هوای خشک تر در داخل ساختمان به تجهیزات بزرگتری نیاز دارد و هزینه های عملیاتی را نیز افزایش  می دهد.

در صورت امکان، هوای سردِ رطوبت گیری شده را (که تا دمای «خنثی» دوباره گرم نشده است) در اتاق تغذیه می کنیم تا بخشی از بار سرمایشی محسوس نیز جبران شود. هوای “خنثی” نه تنها به ظرفیت سرمایشیِ بیشتری از واحدهای محلی نیاز دارد، بلکه به مکانیزم بازگرمایش در واحد اختصاصی هوای تازه نیز نیاز دارد. ارائه هوای سرد در بار کامل به واحدهای محلی کوچکتر در به حداقل رساندن هزینۀ اولیۀ سیستم مؤثر خواهد بود. استفاده از کنترل‌های ارتباطی میبایست در چنین سیستم هایی لحاظ گردد تا تعیین شود که وقتی یک فضا در معرض سرد شدن بیش از حد قرار گرفت، مکانیزم بازگرمایش صرفاً در این زمان وارد عمل شود.

مجموعۀ تهویه نگار آمادگی دارد تا سیستم های اختصاصی هوای تازه (از نوع DX یا آبی) بسته به شرایط و ظرفیت پروژه، به شما کارفرمایان گرامی ارائه دهد.

رطوبت زداییِ بهتر آن است که هم مقرون به صرفه باشد و هم با مصرف انرژی بهینه در سیستم های متداول HVAC قابل استفاده باشد. انتخاب مناسب مکانیزم رطوبت گیری برای یک پروژه به اقلیم، کاربری ساختمان، بودجۀ موجود و اهداف مربوط به هزینه های عملیاتی بستگی دارد.