تهویه مطبوع یعنی انجام عملیاتی روی هوا تا بتوان شرایط هوای محل مورد نظر را برای زیستن، کار کردن یا عملیات صنعتی معین، راحت و بهداشتی کرد و به حد مطلوب برسانیم.
تهویه مطبوع باعث می‌شود شرایط هوا طبق روش خاصی به صورت اتوماتیک ثابت بماند یا تغییر کند.
تهویه مطبوع یا هوارسانی دلپذیر یا هوایش دلپذیر شاخه‌ای از مهندسی مکانیک است.
وظیفه آن تأمین شرایطی است که موجب رفاه انسان شود وبرای نگهداری محصول یا فرایند خاصی مورد نیاز باشد.
برای انجام چنین عملی دستگاهی با ظرفیت مناسب بایستی نصب و در طی سال کنترل گردد.
ظرفیت دستگاه با حداکثر بار لحظه‌ای واقعی تعیین می‌گردد و نوع کنترل نیز با توجه به شرایطی که باید در طی مدت اعمال پیک بار و بار جزئی تأمین شود، مشخص می‌شود. 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 دربر 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 دارد.
نحوه عملکرد سیستم 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 سیستم 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.
شکل 1: 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.
سیستم تهویه مطبوع کوچک
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.
شکل 2: 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.ئسیستمی 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.
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.
شکل 3: 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.
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.
شکل 4: نحوه عملکرد یونیت پشت بامی
سیستم زمین گرمایی
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.
سیستم پمپ حرارتی
شکل زیر نمایی از یک سیستم پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم را بیان می‌کند.
شکل 5: 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.
شکل 6: 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.
شکل 7: منبع زمین گرمایی در زمستان و تابستان
سیستم پکیج تهویه مطبوع و HVAC
سیستم پکیج تهویه مطبوع اندکی شبیه به سیستم یونیت پشت بامی میباشد با این تفاوت که این سیستم ها برای مصارف خانگی طراحی شده‌اند. سیستم تهویه مطبوع مانند کولر پنجره‌ای و اسپلیت کوچک برای سرمایش اتاق کوچک مورد استفاده قرار می‌گیرد و جرمی در حدود پنج تن دارد. در مقابل سیستم تهویه مطبوع کوچک، سیستم تهویه مطبوع مرکزی نیز حضور دارند، این سیستم 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.
سیستم پکیج تهویه مطبوع با کندانسور خنک شونده توسط آب
نوع اول این سیستم‌ها (سیستم پکیج تهویه مطبوع)، سیستم‌های پکیج تهویه مطبوع با «کندانسور خنک شونده توسط آب» (Water Cooled Condenser) هستند. همانطور که از نام این نوع از سیستم 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.
شکل 8: سیستم‌های پکیج تهویه مطبوع و HVAC
نمایی از ظاهر این سیستم نیز در شکل زیر نشان داده شده است.
شکل 9: نمایی از سیستم‌های پکیج تهویه
نحوه عملکرد کلی این مجموعه نیز در شکل زیر به خوبی نشان داده شده است.
شکل 10: نحوه عملکرد سیستم‌های پکیج تهویه مطبوع و HVAC
سیستم پکیج تهویه مطبوع با کندانسور خنک شونده توسط هوا
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 سیستم های 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.
شکل 11: 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.
شکل 12: 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 اسپلیت های 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.
سیستم مرکزی اسپلیت به همراه داکت
نوع دیگری از سیستم‌های مرکزی وجود دارد که این سیستم‌ها به سیستم مرکزی اسپلیت معروف هستند.
در این نوع از سیستم‌ها، 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.
شکل 13: نحوه عملکرد سیستم تهویه مطبوع مرکزی با اسپلیت
سیستم مرکزی در واقع سیستم‌های به همراه داکت محسوب می‌شوند و این سیستم‌ها قادر به کنترل دما در محیط‌های مختلف هستند. در واقع با قرار دادن بادگیرهای کنترل جریان هوا، می‌توان دمای برخی از اتاق‌ها را بیشتر و برخی دیگر را کمتر تنظیم کرد. بنابراین زمانی که یک اتاق یا فضا به ندرت استفاده می‌شود، نیازی به سرمایش آن نیست و با استفاده از این سیستم مرکزی می‌توان سرمایش آن اتاق را متوقف کرد و در نتیجه با این کار صرفه جویی بسیار زیادی در انرژی و هزینه می‌شود. در یک سیستم تهویه مطبوع از نوع اسپلیت، مبدل حرارتی درون یک محفظه مرکزی قرار گرفته است و با استفاده از یک دمنده، هوا از روی تبخیر کننده یا اواپراتور عبور می‌کند و خنک می‌شود و در نهایت هوای خنک شده به درون اتاق منتقل می‌شود.
سیستم اسپلیت بدون داکت
شکل‌های زیر نمونه‌ای از سیستم اسپلیت بدون داکت یا اسپلیت کوچک را به تصویر کشیده است.
با دقت به این شکل‌های اجزای مختلف یک سیستم اسپلیت به خوبی مشاهده می‌شود.
در این شکل‌ها قسمتی که در داخل اتاق قرار می‌گیرد و قسمتی از سیستم اسپلیت که در خارج از اتاق قرار می‌گیرد به صورت مجزا به تصویر کشیده شده‌اند.
شکل 14: اجزای مختلف بخش داخل اتاق یک اسپلیت شکل
شکل 15: اجزای مختلف بخش خارج اتاق یک اسپلیت
نحوه قرار گرفتن این نوع از سیستم‌ها نیز در شکل زیر به خوبی نمایش داده شده است.
همانطور که مشاهده می‌شود اجزای مختلف این سیستم به صورت مجزا از یکدیگر قرار گرفته‌اند.
بخشی از این سیستم در بیرون قرار دارد و بخشی دیگر که شامل تبخیر کننده یا اواپراتور و دمنده هوا است در داخل اتاق قرار گرفته‌اند.
در واقع قسمت خنک این سیستم در داخل اتاق و قسمت داغ آن در بیرون از اتاق قرار گرفته است.
شکل 16: نحوه قرارگیری اجزای مختلف یک اسپلیت
سیستم تهویه مطبوع بدون داکت
کوچکترین و پرفروش‌ترین نوع از سیستم تهویه مطبوع و HVAC، سیستم بدون داکت هستند.
به همین دلیل بخش جداگانه‌ای را به این سیستم‌ها اختصاص دادیم.
سیستم بدون داکت یا اسپلیت کوچک، برای مکان‌های با اندازه نسبتا کوچک، مانند یک اتاق بزرگ یا چند اتاق کوچک طراحی شده‌اند.
این نوع از سیستم تهویه مطبوع، کمترین میزان فضا در اتاق را نیازمند است.
همچنین کمپرسور و مبدل حرارتی آن می‌تواند در مکان دورتر از ساختمان اصلی قرار بگیرد.
بنابراین انعطاف پذیری زیادی در شیوه استفاده از این نوع سیستم‌های تهویه مطبوع وجود دارد.
سیستم‌های بدون داکت، اصلی‌ترین و بیشترین سهم در بازار را به خود اختصاص می‌دهند.
در واقع با توجه به طراحی منعطف این سیستم‌ها و قابلیت بهره گرفتن از آن‌ها در خانه‌های مسکونی، استفاده از این نوع سیستم‌های تهویه مطبوع کاربرد بسیار زیادی دارد. این سیستم‌ها به راحتی نصب می‌شوند و زیبایی به خصوصی نیز دارند و در برخی از حالات، بخشی از تزئینات خانه به حساب می‌آیند.
ویژگی های سیستم بدون داکت
ویژگی منفی سیستم بدون داکت نسبت به سیستم مرکزی این است که این سیستم‌ها هزینه عملکرد بالاتری دارند.
اما این سیستم‌ها ویژگی‌های مثبتی نیز دارند.
یکی از ویژگی‌های مثبت آن‌ها این است که نیاز به نصب داکت در طول ساختمان ندارند.
بنابراین در یک ساختمانی که ساختن آن تکمیل شده، سیستم بدون داکت بهترین گزینه به حساب می‌آید و نیاز به تغییرات اساسی برای نصب داکت و کانال ندارد. توجه کنید که بعد از تکمیل ساخت یک ساختمان، ایجاد داکت کار بسیار سختی به حساب می‌آید و راحت‌ترین کار استفاده از سیستم‌های بدون داکت است.
این نوع از سیستم‌های تهویه مطبوع در شکل زیر هم به تصویر کشیده شده است.
شکل 17: سیستم تهویه مطبوع بدون داکت
انتخاب سیستم تهویه مطبوع مناسب
بنابراین می‌توان بیان کرد که یک سیستم گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع، یکی از مهم‌ترین بخش‌های یک ساختمان است که سلامت و راحتی برای زندگی در آن ساختمان را تامین می‌کند و تاثیر به سزایی در میزان مصرف انرژی دارد. بنابراین انتخاب یک سیستم تهویه مطبوع درست، کمک بسیار زیادی به صرفه جویی در مصرف انرژی، کاهش هزینه و افزایش راحتی و سلامت دارد. نکته دیگری که به صورت دقیق به بررسی آن پرداخته شد این است که انواع مختلفی از سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC با توجه به مکان و اندازه ساختمان وجود دارد که شش مورد مختلف آن به صورت دقیق و کامل مورد بررسی قرار گرفت.
یکی از نکات اساسی در بحث تهویه مطبوع ساختمان ها این است که یک سیستم مناسب تهویه مطبوع با هدف کنترل دما، رطوبت و کیفیت هوای ساختمان ایجاد می‌شود. نکته دیگر این است که مباحث مطرح شده در علم تهویه مطبوع کاربرد بسیار زیادی در طراحی یک اتاق تمیز و همچنین کنترل آاینده‌ها در اتاق تمیز دارد. توجه کنید که طراحی درست یک سیستم تهویه مطبوع، نیاز به انجام شبیه‌سازی دقیق و انجام محاسبات مختلف در علم دینامیک سیالات محاسباتی دارد.
نتیجه گیری سیستم های تهویه مطبوع
این مطلب ابتدا به صورت دقیق مفاهیم کلی مورد استفاده در تهویه مطبوع و سیستم‌های HVAC را مورد مطالعه قرار داد و در ادامه انواع بخش‌های موجود در یک سیستم تهویه مطبوع و HVAC مانند سیستم گرمایش و سرمایش، مورد بررسی قرار گرفتند. پس از این موارد، نحوه عملکرد سیستم‌های مختلف تهویه مطبوع و HVAC بیان شد و در انتهای مطلب نیز انواع مختلف سیستم‌های تهویه مطبوع به همراه مزایا و کاربردهای آن‌ها مورد مطالعه قرار گرفتند.
برای سفارش سیستم های بالا میتوانید از تماس با ما در سایت اقدام فرمایید: