انتخاب هواساز

انتخاب هواساز و انواع آن

در این مقاله به بررسی نحوه انتخاب هواساز و انواع دستگاه های هواساز می پردازیم.

دستگاه های هواساز

از دستگاه های هواساز برای تامین بار حرارتی و برودتی و همچنین تأمین هوای تازه جهت تهویه و کنترل دما و رطوبت نسبی استفاده می شود. نصب هواساز و تعمیر هواساز در فضاهای باز و پشت بام ها صورت می گیرد. اجزای اصلی و سیستم کنترل یک دستگاه هواساز در ادامه نشان داده شده است.

دستگاه هواساز، هوای سرد و گرمی را که جهت تامین بار برودتی و حرارتی مورد نیاز است، تأمین و توسط سیستم کانال کشی به فضاهای مختلف ساختمان انتقال می دهد. برای صرفه جویی در مصرف انرژی، کل هوای مورد نیاز از خارج تأمین نمی گردد بلکه آن مقدار از هوا که که جهت تهویه مورد نیاز است از هوای خارج تأمین شده و بقیه هوای مورد نیاز از هوای داخل ساختمان (که به دمای مطلوب رسیده است) توسط سیستم کانال کشی به دستگاه هواساز منتقل می گردد. هوای تازه و هوای برگشتی در Mixing Box با هم مخلوط، پس از گذشتن از فیلترهای مورد نیاز می گذرد و در صورتیکه رطوبت هوای داخل کمتر از میزان رطوبت نسبی جهت تأمین شرایط آسایش باشد، رطوبت زده می شود و سپس از روی کویل های سرد یا گرم عبور می کند. در زمستان، برای تامین بار گرمایی، هوا از روی کویل های گرم عبور می کند تا به دمای مطلوب رسیده و سپس توسط هواده که میزان جریان هوا و افت فشار مسیر جریان هوا را تأمین می کند به سیستم کانال کشی منتقل و در ساختمان توزیع می گردد. هوای گرم از طریق دریچه ها به داخل ساختمان منتقل می گردد و با هوای داخل مخلوط می گردد تا دمای هوای داخل را در محدوده شرایط آسایش حفظ کند. کنترل دمای هوای داخل از طریق کنترل میزان آب گرم تغذیه کننده، کویل گرمایی انجام می گیرد بدین ترتیب که یک حسگر دمای هوای داخل را حس می کند و با فرمان دادن به شیر سه راهه که در مسیر تغذیه کویل قرار دارد، میزان آب گرمی را که از کویل عبور می کند تنظیم کرده و در نتیجه میزان دمای هوای خروجی از هواساز کنترل می گردد.

انتخاب هواساز ها

برای انتخاب هواساز بایستی موارد زیر را بررسی کرد:

١- دبی کل هوای مورد نیاز جهت حمل بار حرارتی ساختمان (گرمایی و سرمایی) CFM

۲- بار حرارتی کل گرمایی و سرمایی ساختمان BTU/hr

٣- فشار استاتیک بادزن هواساز in.wg

کنترل در سیستم های مطبوع

١- کنترل دما در ساختمان هایی که از سیستم تهویه مطبوع انفرادی استفاده می کنند، توسط فرمان یک ترموستات که در داخل اتاق یا فضای مورد تهویه نصب می شود، صورت می گیرد. این ترموستات می تواند پس از رسیدن دما به حد تنظیم شده روی آن، به بادزن فن کویل فرمان قطع یا وصل دهد و یا با فرمان داده به یک شیر موتوری، دبی آب گرم یا آب سرد ورودی به کویل را کم یا زیاد بای پاس کند.

۲- کنترل دما در ساختمان هایی که از سیستم تهویه مطبوع مرکزی استفاده می کنند، ممکن است به دو طریق صورت گیرد:

الف- کنترل مرکزی

در این روش می توان نسبت به تغییرات دمای هوای برگشتی به هواساز، میزان دبی هوای خروجی از هواساز و یا دبی آب گرم یا آب سرد ورودی به کویل هواساز را با فرمان ترموستات کم یا زیاد نمود. بطوریکه در شکل ملاحظه می شود، در کانال هوای برگشتی به هواساز یک ترموستات (T1) قرار دارد، با کم و زیاد شدن دمای هوای برگشتی از ساختمان که حاکی از تغییرات دمای هوا در داخل ساختمان است، این ترموستات همزمان به دمپر موتور و یک شیر موتوری فرمان می دهد. دمپر موتور پره های دمپر را باز و بسته می کند. در نوع دیگری از کنترل مرکزی که در شکل۲ مشاهده می شود، مقادير هوای آزاد و برگشتی توسط ترموستات ها  و  کنترل می شوند. ترموستات های مذکور به این نحو عمل می کنند که هرگاه دمای هوای خارج بیشتر یا کمتر از مقدار انتخاب شدة معینی باشد، مقدار هوای خارج ورودی به دستگاه را توسط دمپر موتور M تغییر داده به حداقل مجاز که دستگاه کنترل کنندة دبی هوا (S) تعیین می کند، می رسانند. ترموستات TR که حباب حساس آن داخل کانل هوای برگشتی تعبیه می شود، جریان آب گرم یا بخار ورودی به کویل گرم را بر حسب تغییرات دمای هوای برگشتی، با فرمان دادن به شیر موتوری VH قطع یا وصل می کند. شیر موتوری VH همچنین از ترموستات TD نیز فرمان قطع یا وصل می گیرد، به این ترتیب که هرگاه دمای رفت از میزان معینی کمتر یا بیشتر باشد، ترموستات TC به شیر موتوری VH فرمان قطع یا وصل می دهد. کنترل سیستم سرمایش، توسط ترموستات TC و دستگاه سنجش رطوبت نسبی (هیومیدیستات) H انجام می گیرد که هر دو در کانال برگشت تعبیه می گردند و به شیر موتوری VC فرمان تغییر دبی آب سرد را بر حسب تغییرات دما و رطوبت نسبی هوای برگشتی، می دهند. فرمان هیومیدیستات H به شیر موتوری VC جهت تغییر دبی آب سرد، به منظور کنترل عمل رطوبت گیری کویل سرد است. در بیشتر دستگاه های هواساز، هیومیدیستات H به یک شیر موتوری دیگر نیز جهت کنترل عمل رطوبت زنی فرمان می دهد. ترموستات TC و هیومیدیستات H همچنین به دمپر موتور M فرمان می دهند که دمپرهای بای پاس را تنظیم نماید. مکانیزم عمل بدین صورت است که با کاهش دمای هوای برگشتی به کمتر از حداقل تعیین شده، و ترموستات TC به شیر موتوری VC فرمان قطع جریان آب سرد به کویل را می دهد، حال اگر رطوبت نسبی هوای برگشتی زیاد باشد، هیومیدیستات H شیر VC را باز نگه می دارد تا کویل سرد بتواند عمل رطوبت گیری را ادامه دهد و چنانچه کویل اسرد دمای هوا را بیش از حد پایین بیاورد، کویل گرم که از ترموستات TD فرمان می گیرد، هوا را تا دمای دلخواه گرم خواهد نمود. شکل ۲ نیز چگونگی کنترل دما و رطوبت یک سیستم تهویة مطبوع تابستانی و زمستانی را بطور کامل نشان می دهد.

حتما بخوانید!
اصول کنترل رطوبت

شکل شماتیک هواساز

شکل ۱

انتخاب هوساز بر اساس نحوه عملکرد آن

شکل ۲

ب- کنترل اتاقی

تنها طريق مؤثر برای کنترل جداگانه دمای هر اتاق در ساختمانی که از سیستم تهویه مطبوع مرکزی استفاده می کند این است که دریچه های ورود هوای اتاق را به یک دمپر موتور مجهز کنیم. این دمپر که از ترموستات اتاقی فرمان می گیرد، دبی هوای حامل بار حرارتی اتاق را بر حسب دمای تنظیمی بر روی ترموستات و از طریق حرکت دادن تیغه های دریچه، کم یا زیاد می کند.

نحوه عملکرد و انتخاب هوساز

شکل ۳

فرایند گرمایش هوا توسط دستگاه هواساز در نمودار سایکرومتریک به صورت زیر است:

در فصل تابستان، جهت تأمین بار سرمای هوا از روی کویل سرمایی عبور می کند در صورتیکه بار برودتی نهان، صفر باشد و كل بار از نوع محسوس باشد، فرایند سرمایش بر روی کویل از نوع سرمایش محسوس (Sensible Heating) خواهد بود. در این حالت فرایند سایکرومتریک بصورت زیر می باشد.

تاثیرات اضافه شدن گرمای آشکار

شکل ۴

در صورتیکه بار برودتی نهان صفر نباشد، به این معنا است که رطوبت به هوا اضافه شده است لذا بایستی جهت حفظ رطوبت نسبی داخل در شرایط آسایش، رطوبت اضافه شده به هوا، دوباره از هوا گرفته شود. لذا بر روی کویل سرمایی بایستی رطوبت گیری انجام شود. لذا دمای هوا بر روی کویل بایستی به دمای نقطه شبنم برسد. در این حالت، رطوبت هوا بر روی کویل سرمایی تقطیر شده و از هوا جدا می گردد. در این حالت فرایند سایکرومتریک به صورت زیر می باشد:

محاسبه دبی جریان هواساز

شکل ۵

دمای هوای داخل با کنترل میزان آب سرد عبوری از کویل برودتی هواساز کنترل می گردد. کویل گرمایی یا سرمایی که با آب گرم یا آب سرد عمل می کند، یک مبدل حرارتی است که در آن آب یا هوا انتقال حرارت انجام می دهد. کویل از ردیف لوله های موازی تشکیل شده که جهت بیشتر شدن سطح انتقال حرارت، مجهز به پره هایی (فین ها) است که بر روی ردیف لوله ها قرار گرفته است.

حتما بخوانید!
انتخاب فن برای هواساز

كل هوایی که از روی کویل عبور می کند با آن انتقال حرارت انجام نمی دهد بلکه بخشی از هوا بدون انتقال حرارت از کویل، از آن عبور می کند. مقدار هوایی که بدون انتقال حرارت از کویل عبور می کند به مقدار فین ها و فاصله بین لوله های کویل و سرعت هوا بستگی دارد. نسبت مقدار هوایی که بدون انتقال حرارت با کویل از آن عبور می کند به کل هوای عبوری از کویل را ضریب کنار گذر (By Pass Factor) می گویند. در این حالت هوایی که با کویل انتقال حرارت انجام داده و هوای By Pass شده در خروجی از کویل با همدیگر مخلوط می شود. فرایند سایکرومتریک به صورت زیر است.

تاثیرات هوای مخلوط

شکل ۶

هوایی که با کویل انتقال حرارت انجام داده است دارای شرایط نقطه D میباشد و هوایی که By Pass شده است دارای شرایط نقطه C می باشد در نتیجه مخلوط این دو هوا دارای شرایط نقطه E می باشد. هر چه مقدار ضریب میان گذر B.P.F بیشتر باشد فاصله نقطه E و D بیشتر می گردد. انتخاب ضریب میان گذر B.F بر اساس نوع کاربری ساختمان تعیین می گردد. دستگاه هواساز ساده قادر به کنترل دما و رطوبت نسبی هوای خروجی از هواساز نمی باشد. همچنین امکان کنترل دما و رطوبت نسبی فضاهای مختلف ساختمان را ندارد و لذا برای کنترل دما و رطوبت نسبی فضاهای مختلف ساختمان از انواع دیگر هواساز استفاده می شود که در ادامه توضیح داده می شود.

دستگاه هواساز با کویل باز گرمکن

در این نوع هواساز، هوای سرد خروجی از کویل سرمایی قبل از وارد شدن به فضاهای مورد نیاز از کویل گرمایی عبور می کند و با توجه به اینکه با گرم کردن هوا، رطوبت نسبی آن کاهش می یابد، می توان دما و رطوبت نسبی هوای خروجی را کنترل نمود. در این نوع هواساز کویل سرمایی در تابستان و کویل گرمایی در زمستان دمای خروجی از کویل را در مقدار مشخصی ثابت نگه می دارد بدین ترتیب که حسگری که در مسیر هوای خروجی از کویل قرار دارد دمای هوا را حس کرده و با فرمان دادن به شیر سه راهه نصب شده بر روی مسیر آب تغذیه کویل، میزان جریان آب تغذیه کویل را تنظیم کرده و در نتیجه دمای هوای خروجی ثابت نگه داشته می شود. کنترل دمای فضای مورد نظر در همان قرار دارد و با فرمان دادن به شیر سه راهه که در مسیر جریان آب تغذیه کویل باز گرم کن قرار دارد، جریان آب تغذیه کویل باز گرم کن و در نتیجه دمای هوای خروجی از کویل باز گرم کن و رطوبت نسبی آن کنترل می گردد.

حتما بخوانید!
طرز کار موتورخانه به زبان ساده

هواساز حجم ثابت با پیش گرمایش

شکل ۷ کویل پیش گرم کن

با توجه به اینکه در هواساز با کویل باز گرم کن، انرژی صرف سرد کردن هوا در کویل سرمایی می گردد و بخشی از این انرژی با گذشتن از کویل گرمایی (که در آن نیز انرژی صرف گرم کردن هوا می گردد) خنثی می گردد لذا از نظر صرف جویی در مصرف انرژی دستگاه هواساز با کویل باز گرم کن سیستم با صرفه ای نیست.

تاثیر کویل پیش گرم کن در انتخاب هوساز

شکل ۸ تاثیر کویل پیش گرم کن در نمودار سایکومتریک

هواده ها (بادزن ها)

دستگاه های هوادهی که در دستگاه های هواساز و فن کویل ها و کولرهای آبی بکار می رود، معمولاً از نوع هواده سانتریفوز می باشد. در این فن ها جریان هوا نسبت به محور شعاعی یا دایره وار است. پنج رده از این باد زن ها عبارتند از خمیده به جلو (Forward Curred) خمیده به عقب (Backward Curred) خمیده به عقب به طور اریب (Backward Inclined) آئرودینامیکی (Airfoil) و شعاعي (Radial) این بادزن ها با توجه به اینکه بایستی هم سرعت هوا را تأمین نماید و هم افت فشار های استاتیک و فشار دینامیک (سرعتی) را، بنابراین فشار کل برابر جمع فشار استاتیک و فشار دینامیکی است همچنین بایستی مقدار جریان هوا را که جهت تأمین بار حرارتی و یا برودتی است تأمین نماید. برای انتخاب هواساز می بایست پارامترهای این فن ها را مشخص کنیم. میزان جریان هوا جهت گرمایش از رابطه زیر تعیین می شود:

بار حرارتی: Q (BTU/hr)

دمای اتاق: (درجه فارنهایت): Tr

دمای هوای خروجی از هواساز: (درجه فارنهایت): Ts

ضریب عبور از کنار کویل هواساز: B.P.F

مقدار جریان هوای مورد نیاز جهت تأمین بار حرارتی: CFM

مقدار هوای مورد نیاز جهت انتخاب هواساز تامین بار برودتی در حالتی که کل بار برودتی از نوع محسوس باشد (Sensible Cooling) از رابطه زیر محاسبه می گردد.

BTU/hr بار برودتی محسوس = SH

مقدار جریان هوای مورد نیاز = CFM

برای انتخاب هواساز در صورتیکه بار برودتی نهان صفر نباشد و رطوبت گیری بر روی کویل انجام گیرد جریان هوای مورد نیاز از مقدار زیر محاسبه می گردد:

نقطه شبنم دستگاه از اطلاعات ارائه شده توسط سازنده استخراج می گردد.

مقدار فشار خروجی دستگاه هواده نیز براساس افت فشار سیستم کانال کشی، فشار موردنیاز در محل خروج از دریچه ها و افت فشار داخلی دستگاه هواساز محاسبه می گردد. مقدار توان مورد نیاز دستگاه هواده از رابطه زیر محاسبه می گردد:

توان حقیقی فن بر حسب اسب بخار: PHP

فشار استاتیک هواده: SP

حجم هوادهی: CFM

راندمان استاتیک: n

عملکرد بادزن را می توان با استفاده از قوانین پایه ای و با بهره جویی از ارقام آزمایش آن پیش بینی نمود. عملکرد با وزن در چگالی ثابت با استفاده از روابط زیر بررسی می گردد.

که در فرمول های بالا D قطر هواده می باشد.

تحریریه تیم فنی مهندسی به فیکس

دیدگاهتان را بنویسید

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