تهویه مطبوع

تهویه مطبوع یا هوا رسانی دلپذیر یا هوایش دلپذیر شاخه‌ای از مهندسی مکانیک است. تهویه مطبوع یعنی انجام عملیاتی روی هوا تا بتوان شرایط هوای محل موردنظر 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 به‌صورت اتوماتیک ثابت بماند یا تغییر کند

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. شرایطی را که تهویه مطبوع باید در داخل محل زندگی فراهم نماید و برای انسان لذت بخش و مطلوب است دمای 22 درجه‌ی سانتی‌گراد و رطوبت 50%می‌باشد. علم تهویه مطبوع کاربرد بسیار زیادی در طراحی اتاق تمیز و همچنین کنترل آلاینده‌ها در اتاق تمیز دارد.

سیستم‌های تهویه مطبوع را به اختصار (Heating, Ventilation and Air Conditioning) HVAC می‌نامند

 

اهمیت سیستم های تهویه هوا

شرایط زیست محیطی که انسان در آن زندگی می‌کند تأثیر مستقیمی بر چگونگی حالات روانی ، وضعیت فیزیکی ، نحوه انجام کار و … او دارد. از آنجائی که بخش عمده زندگی بشر امروزی در داخل ساختمان می‌گذرد ، ایجاد شرایط مطلوب زیست محیطی در ساختمان ، خواه محل کار باشد یا منزل و … ، اهمیت بسیاری است که مهم‌ترین بخش آن تهویه هوایی مطبوع برای ساکنین ساختمان با توجه به نوع فعالیت آن‌هاست.

 

وظایف اصلی سیستم های تهویه مطبوع

وظایف اصلی یک سیستم تهویه هوا عبارت‌اند از

1)کنترل دمای محیط به‌وسیله‌ی سرمایش و گرمایش دهی (Temperature)

2)کنترل رطوبت به‌وسیله‌ی خشک‌کردن و رطوبت دهی (Air Moisture)

3)کنترل سرعت وزش هوا (Air Velocity)

4) تصفیه هوا و به وجود آوردن هوای پاک و سالم (Air Filtering)

5)ضدعفونی و ایزوله کردن هوا در محیط‌های پزشکی و بیمارستان‌ها (Air Sterilization)

6) از بین بردن بو و گازهای سمی

 

انواع سیستم‌های تهویه مطبوع

انواع آن از نظر درجه‌ی حرارت

تهویه مطبوع زمستانی یا سیستم تک فصلی گرم‌کننده (Heating System)

سیستم‌های گرمایشی مانند شوفاژ با دیگ آب گرم یا پکیج دیواری فقط قابلیت گرمایش هوا در فصول سرد سال را دارد. سیستم‌های حرارت مرکزی نوعی از این هستند. به غیر از انواع سیستم‌های حرارت مرکزی، وسایلی مانند بخاری‌ها و شومینه‌ها نیز، برای این منظور بکار می‌روند که البته دارای نواقص بسیار نسبت به سیستم‌های حرارت مرکزی هستند.

تهویه مطبوع تابستانی یا سیستم تک فصلی سردکننده (Cooling System)

سیستم‌های سرمایشی مانند کولرگازی، اسپلیت (نوع فقط سرد) و کولر آبی که فقط توانایی سرد کردن هوا در فصول گرم سال را دارد، بر اساس عملکرد انواع سیستم‌های تبرید کار می‌کند و انواع مختلفی دارد.

 

تهویه مطبوع سالانه یا سیستم دو فصلی گرم و سردکننده (Heating & Cooling System)

سیستم‌های سرمایشی و گرمایشی مانند چیلر، فن کویل و هواساز قابلیت ایجاد سرمایش در فصول گرم و گرمایش در فصول سرد سال را داراست. در این سیستم یا از مجموع دو سیستم تابستانی و زمستانی در کنار هم و یا از یک سیستم یکپارچه‌ی دو فصلی برای تهویه مطبوع ساختمان استفاده می‌شود. این نوع تهویه هوا معمولاً به دلایل قابلیت بالا و صرفه‌جویی در برخی هزینه‌ها به دو سیستم قبل، ارجحیت دارد، به‌جز در مناطق سردسیری و یا گرمسیری که فقط به یک سیستم تک فصلی نیاز دارند.

انواع سیستم‌های تهویه مطبوع بر اساس نوع سیال

تهویه مطبوع به سیستمی گفته می‌شود که بتواند سه فاکتور، رطوبت ،دما و سرعت جریان هوا را کنترل کند. به‌صورت کلی تمام سیستم‌های تهویه مطبوع بر یک اصل استوارند که گرما و سرما را به محل موردنظر منتقل می‌کنند.

بر اساس نوع سیال سیستم‌های تهویه مطبوع را به سه دسته تقسیم می‌شود :

1. سیستم تهویه مطبوع تمام هوا

2. سیستم‌های آب‌وهوا – آب

3. سیستم تهویه مطبوع تمام آب

سیستم تهویه مطبوع هوا–آب

این سیستم‌ها مزیت‌ها و معایب هر دو سیستم تمام هوا و تمام آب را خواهند داشت و معمولاً در این سیستم‌ها گرمایش به‌وسیله آب و سرمایش به‌وسیله هوا صورت می‌گیرد. لازم است ذکر شود که گرمایش با آب معمولاً به دو صورت امکان‌پذیر است. در این روش گرما به دو صورت گرمایش با آب گرم که دمای آن 70 تا 90 درجه سانتی‌گراد است کار می‌کند که بیشتر برای خانه‌ها استفاده دارد و در روش دیگر که آب داغ نام دارد با تحت فشار قرار دادن کل سیستم دمای آب را تا 180 سانتی‌گراد برده می‌شود که بیشتر این روش برای ساختمان‌های عظیم یا در جاهای که لوله‌کشی افزایش پیدا می‌کند و درجه حرارت آب افت می‌کند کاربرد دارد.

سیستم تهویه مطبوع تمام آب

این سیستم نیز دارای ایرادات و معایبی است این سیستم نمی‌تواند بر روی رطوبت هوا تأثیر بگزارد اما به لحاظ حجم کم تأسیسات و همچنین هزینه کم راه‌اندازی و نگهداری بر سایر سیستم‌ها مزیت دارد.

در این سیستم سیال ناقل حرارت آب می‌باشد. آب در داخل موتورخانه در دستگاه‌های حرارتی مانند دیگ بخار یا دیگ آبگرم، گرم می‌شوند و برای گرمایش ساختمان در فصول سرد مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای فصول گرم مثل تابستان از سردکننده آب مانند چیلر استفاده می‌شود آبگرم و آبسرد تهیه شده به داخل کویل‌های مبدل حرارتی اتاق‌ها (مثل فن کویل) ارسال می‌شود. بادبزن یا فن متعلق به این دستگاه هوا را از روی کویل عبور داده و باعث گرمایش یا سرمایش اتاق‌های داخلی ساختمان می‌گردد.

سیستم تهویه مطبوع تمام هوا

سیستم تهویه مطبوع تمام هوا تنها سیستمی می‌باشد که می‌تواند تهویه مطبوع کاملی را فراهم نماید. مهم‌ترین ایراد این سیستم‌ها حجم زیاد تجهیزات و کانال‌های انتقال هوا می‌باشد.

در این نوع تهویه هوا در جایی دور از مکان موردنظر تهویه فراهم می‌گردد و به‌وسیله‌ی کانال‌های هوا به محل موردنظر فرستاده می‌شود.در این سیستم در موتورخانه دستگاه‌های تهیه آبسرد یا همان چیلر و تهیه آب گرم یا همان دیگ آب گرم استفاده می‌شود و همچنین برای ارسال هوای گرم یا سرد از دستگاهی به اسم هواساز مرکزی a.h.u استفاده می‌شود و در صورت استفاده از تجهیزات خودکفا مانند کوره‌های هوای گرم و یا واحدهای خنک‌کننده یکپارچه نیازی به تهیه و ارسال آب سرد و گرم از مرکز تأسیسات نیست دستگاه هواساز در جایی دور از موتورخانه و در محلی نزدیک‌تر به فضای تهویه شونده در اتاقکی نصب می‌شود. سیال ناقل حرارت و برودت به داخل کویل دستگاه هواساز پمپ می‌شود و هوایی که توسط فن با سرعت از روی این کویل عبور می‌کند سرد یا گرم شده و به‌وسیله کانال‌های هوای سقفی به داخل فضاهای تهویه شونده توزیع می‌شود. توضیح اینکه هوای عبوری از روی کویل تصفیه فیزیکی شده و رطوبت زنی یا رطوبت‌گیری می‌شود و بعد به داخل فضاها ارسال می‌شود. دلیل نامیدن این سیستم‌ها به اسم تمام هوا تنها به این دلیل است که برای همه‌ی فضاهای مورد نیاز احتیاج به لوله‌کشی چه سرد و چه گرم نیست.

اجزای تشکیل‌دهنده‌ی یک سیستم تهویه‌ی مطبوع

در این مرحله خلاصه‌ای از اجزای بکار رفته در سیستم‌های تهویه معرفی می‌شوند. این اجزا در انواع سیستم‌های تهویه به‌گونه‌ای به کار رفته‌اند.

منابع حرارت

منابع حرارت معمولاً با مصرف سوخت یا الکتریسیته حرارت تولید می‌کنند که بر اساس نوع سیالی که گرم می‌شود با نام‌های دیگ (منابع حرارتی که سیال مایع را گرم می‌کنند) و کوره (منابع حرارتی که سیال گاز را گرم می‌کنند) شناخته می‌شوند.

منابع برودت

در همه سیستم‌های مکانیکی ایجاد سرمایش تنها از طریق برودت تبخیری امکان‌پذیر است و هرچه سرعت تبخیر یک ماده بیشتر باشد میزان سرمایش ایجاد شده توسط آن نیز بیشتر خواهد بود. منابع برودت در سیستم‌های معمول گرمایش و سرمایش به نام چیلر شناخته می‌شوند و به دو نوع ضربه‌ای یا معمولی و چیلر جذبی تقسیم می‌شوند. در هر دو نوع سرمایش در اثر بخار شدن ماده‌ای به نام ماده مبرد که معمولاً گازی شکل است ایجاد می‌گردد.

مخزن انبساط

این قسمت فقط در سیستم‌های تمام آب وجود دارند. در سیستم‌های تمام آب چون مدار حرکت سیال بسته می‌باشد با تغییر دمای سیال موجود در سیستم و تغییر حجم آن به اتصالات سیستم و کل مدار فشار وارد شده و ممکن است باعث ایجاد اشکال در سیستم شود. منبع انبساط قطعه‌ای است که وظیفه کنترل تغییر حجم سیال را به عهده دارد. دو نمونه از منبع انبساط مدل پیستونی و مدل دیافراگمی است.

پمپ‌ها

این دستگاه‌ها وظیفه به حرکت درآوردن سیال را به عهده دارند. پمپ‌هایی که سیال مایع را به حرکت درمی‌آورند معمولاً از نوع پمپ‌های حلزونی هستند و پمپ‌هایی که سیال گاز را به حرکت درمی‌آورند، فن یا باد زن نامیده می‌شوند و در دو نوع جریان محوری و جریان عمودی بکار می‌روند. دستگاه‌های رطوبت زن دستگاه‌هایی هستند که برای افزایش رطوبت محیط از آن‌ها استفاده می‌شود. این دستگاه با سیستم‌های مختلف و متفاوتی کار می‌کنند؛ که برخی از آن‌ها عبارت‌اند از:

1. تشتکی

2. فراصوت

3. دیسکی

4. بستر متخلخل

5. بستر صلب

6. پاششی

دستگاه‌های رطوبت‌گیر

این دستگاه‌ها به‌صورت معمول با استفاده از پدیده فیزیکی تعرق رطوبت هوا را از بین می‌برد. بدین معنی که با سرد کردن هوا دمای آن به پایین‌تر از نقطه شبنم می‌رسد و رطوبت هوا به‌صورت قطرات ریز آب از هوا خارج می‌شوند. این دستگاه‌ها در حالت عادی به وسیله یک منبع برودت یک کویل را سرد کرده (کویل سرمایش ایجاد می‌کند) و با عبور هوا از روی کویل رطوبت آن گرفته می‌شود.

کویل‌ها

کویل‌ها درواقع محل‌های تبادل حرارت در سیستم‌های سرمایش گرمایش هستند. کویل‌ها را بر اساس عملکرد می‌توان به دو نوع سرمایشی گرمایشی تقسیم کرد. همین‌طور کویل‌ها را بر اساس سیال به سه دسته زیر تقسیم می‌کنند:

1. هوا به هوا

2. آب به هوا یا بالعکس

3. آب به آب

بیشترین کاربرد کویل در سیستم برقی ماشین‌های اشتعال جرقه‌ای است.

فن و هواکش‌ها

هواکش‌ها نیز به‌عنوان یکی از اجزا دستگاه‌های تهویه مطبوع نقش مهمی در آن‌ها داشته و به‌نوعی قلب تپنده این دستگاه‌ها به شمار می‌روند. اصولاً وظیفه جابجایی هوای گرم یا سرد عبوری از کویل‌های یا هوای تمیز شده توسط فیلترها در دستگاه‌های تهویه مطبوع به عهده هواکش‌ها است. هواکش‌های بکار رفته در دستگاه‌های تهویه مطبوع از دو نوع هواکش‌های گریز از مرکز یا هواکش‌های جریان محوری است.