در این مقاله بررسی میکنیم دستگاه هواساز چیست، اجزای اصلی آن کداماند و برای انتخاب هواساز مناسب یک ساختمان چه پارامترهایی باید بررسی شود.
دستگاههای هواساز
از دستگاههای هواساز برای تأمین بار حرارتی و برودتی ساختمان استفاده میشود. این دستگاه هوای تازه لازم برای تهویه را نیز تأمین میکند و دما و رطوبت نسبی فضا را کنترل میکند.
نصب و راهاندازی هواساز و تعمیر هواساز معمولاً در فضاهای باز و روی پشتبام ساختمان انجام میگیرد. در ادامه اجزای اصلی و سیستم کنترل یک دستگاه هواساز را میبینید.
دستگاه هواساز هوای سرد یا گرم لازم برای تأمین بار برودتی و حرارتی را آماده میکند و از طریق سیستم کانالکشی به فضاهای مختلف ساختمان میرساند. برای صرفهجویی در مصرف انرژی، کل هوای مورد نیاز از خارج ساختمان تأمین نمیشود.
فقط بخشی از هوا که برای تهویه لازم است از هوای خارج گرفته میشود؛ باقی هوا از داخل ساختمان (که قبلاً به دمای مطلوب رسیده) از طریق کانالکشی به دستگاه هواساز برمیگردد.
هوای تازه و هوای برگشتی در Mixing Box با هم مخلوط میشوند و از فیلترهای لازم عبور میکنند. اگر رطوبت هوای داخل کمتر از حد نیاز برای آسایش باشد، رطوبتزنی انجام میشود؛ سپس هوا از روی کویلهای سرد یا گرم میگذرد.
در زمستان، برای تأمین بار گرمایی، هوا از روی کویل گرم عبور میکند تا به دمای مطلوب برسد. سپس هواده جریان هوا و افت فشار مسیر را تأمین کرده و هوا را وارد کانالکشی و توزیع در ساختمان میکند.
هوای گرم از دریچهها وارد ساختمان میشود و با هوای داخل مخلوط میشود تا دما در محدوده آسایش بماند. کنترل دمای داخل از طریق کنترل میزان آب گرم ورودی به کویل گرمایی انجام میشود.
یک حسگر دمای هوای داخل را میسنجد و به شیر سهراههای که در مسیر تغذیه کویل قرار دارد فرمان میدهد. این شیر میزان آب گرم عبوری از کویل را تنظیم میکند و در نتیجه دمای هوای خروجی از هواساز کنترل میشود.
انتخاب هواساز
برای انتخاب هواساز مناسب باید سه پارامتر اصلی زیر بررسی شود:
- دبی کل هوای مورد نیاز برای حمل بار حرارتی و برودتی ساختمان — بر حسب CFM
- بار حرارتی کل گرمایی و سرمایی ساختمان — بر حسب BTU/hr
- فشار استاتیک بادزن هواساز — بر حسب in.wg
برای محاسبه دقیق این سه پارامتر، معمولاً به اندازهگیری هوادهی و CFMسنجی هواساز نیاز است، چون دبی واقعی دستگاه در محل نصب میتواند با مقدار کاتالوگ سازنده فاصله داشته باشد.
کنترل در سیستمهای تهویه مطبوع
کنترل دما در ساختمانهایی که از سیستم تهویه مطبوع انفرادی استفاده میکنند، توسط یک ترموستات نصبشده در اتاق یا فضای مورد تهویه انجام میشود. این ترموستات پس از رسیدن دما به حد تنظیمشده، میتواند به بادزن فن کویل فرمان قطع یا وصل بدهد؛ یا با فرمان به یک شیر موتوری، دبی آب گرم یا سرد ورودی به کویل را تنظیم کند.
کنترل دما در ساختمانهایی که از سیستم تهویه مطبوع مرکزی استفاده میکنند، به دو روش انجام میگیرد: کنترل مرکزی و کنترل اتاقی.
الف- کنترل مرکزی
در این روش، دبی هوای خروجی از هواساز یا دبی آب گرم و سرد ورودی به کویل، نسبت به تغییرات دمای هوای برگشتی و با فرمان ترموستات، کم یا زیاد میشود.
در کانال هوای برگشتی به هواساز یک ترموستات (T1) قرار دارد. با تغییر دمای هوای برگشتی از ساختمان — که نشاندهنده تغییرات دمای داخل است — این ترموستات همزمان به دمپر موتوری و یک شیر موتوری فرمان میدهد. دمپر موتوری پرههای دمپر را باز و بسته میکند.
در نوع دیگری از کنترل مرکزی (شکل ۲)، مقادیر هوای آزاد و برگشتی توسط ترموستاتها کنترل میشوند. هرگاه دمای هوای خارج از مقدار تعیینشده بیشتر یا کمتر شود، دمپر موتوری M مقدار هوای خارج ورودی به دستگاه را تا حداقل مجازی که دستگاه کنترلکننده دبی هوا (S) تعیین میکند، تنظیم میکند.
ترموستات TR که حباب حساس آن داخل کانال هوای برگشتی قرار دارد، جریان آب گرم یا بخار ورودی به کویل گرم را بر اساس تغییرات دمای هوای برگشتی، با فرمان به شیر موتوری VH قطع یا وصل میکند. این شیر همچنین از ترموستات TD فرمان میگیرد؛ هرگاه دمای رفت از مقدار معینی کمتر یا بیشتر شود، ترموستات TC به شیر VH فرمان قطع یا وصل میدهد.
کنترل سیستم سرمایش توسط ترموستات TC و دستگاه سنجش رطوبت نسبی (هیومیدیستات H) انجام میشود؛ هر دو در کانال برگشت قرار دارند و به شیر موتوری VC فرمان تغییر دبی آب سرد را، بر اساس دما و رطوبت نسبی هوای برگشتی، میدهند.
فرمان هیومیدیستات H به شیر VC برای تغییر دبی آب سرد، جهت کنترل عمل رطوبتگیری کویل سرد است. در بیشتر دستگاههای هواساز، هیومیدیستات H به یک شیر موتوری دیگر نیز برای کنترل رطوبتزنی فرمان میدهد. ترموستات TC و هیومیدیستات H همچنین دمپر موتوری M را برای تنظیم دمپرهای بایپس فرمان میدهند.
با کاهش دمای هوای برگشتی به کمتر از حداقل تعیینشده، ترموستات TC به شیر VC فرمان قطع جریان آب سرد میدهد. اگر رطوبت نسبی هوای برگشتی زیاد باشد، هیومیدیستات H شیر VC را باز نگه میدارد تا کویل سرد بتواند رطوبتگیری را ادامه دهد. اگر کویل سرد دمای هوا را بیش از حد پایین بیاورد، کویل گرم که از ترموستات TD فرمان میگیرد، هوا را تا دمای دلخواه گرم میکند. شکل ۲ نحوه کنترل دما و رطوبت یک سیستم تهویه مطبوع در تابستان و زمستان را کامل نشان میدهد.
شکل ۱
شکل ۲
ب- کنترل اتاقی
تنها روش مؤثر برای کنترل جداگانه دمای هر اتاق، در ساختمانی که از سیستم تهویه مطبوع مرکزی استفاده میکند، مجهز کردن دریچههای ورود هوای اتاق به یک دمپر موتوری است.
این دمپر از ترموستات اتاقی فرمان میگیرد و با حرکت دادن تیغههای دریچه، دبی هوای حامل بار حرارتی اتاق را بر اساس دمای تنظیمشده روی ترموستات، کم یا زیاد میکند.
شکل ۳
فرایند گرمایش هوا توسط دستگاه هواساز در نمودار سایکرومتریک بهصورت زیر است:
در فصل تابستان، برای تأمین بار سرما، هوا از روی کویل سرمایی عبور میکند. اگر بار برودتی نهان صفر باشد و کل بار از نوع محسوس باشد، فرایند سرمایش روی کویل از نوع سرمایش محسوس (Sensible Cooling) خواهد بود.
شکل ۴
اگر بار برودتی نهان صفر نباشد، یعنی رطوبت به هوا اضافه شده است. برای حفظ رطوبت نسبی داخل در محدوده آسایش، باید همان رطوبت اضافهشده دوباره از هوا گرفته شود؛ بنابراین روی کویل سرمایی باید رطوبتگیری انجام شود و دمای هوا روی کویل باید به دمای نقطه شبنم برسد. در این حالت رطوبت هوا روی کویل سرمایی تقطیر و از هوا جدا میشود.
شکل ۵
دمای هوای داخل با کنترل میزان آب سرد عبوری از کویل برودتی هواساز کنترل میشود. کویل گرمایی یا سرمایی که با آب گرم یا سرد کار میکند، یک مبدل حرارتی است که در آن انتقال حرارت بین آب و هوا انجام میشود. کویل از ردیف لولههای موازی تشکیل شده که برای افزایش سطح انتقال حرارت، به پرههایی (فین) مجهز است.
کل هوایی که از روی کویل عبور میکند، با آن انتقال حرارت انجام نمیدهد؛ بخشی از هوا بدون انتقال حرارت از کویل عبور میکند. این مقدار به تراکم فینها، فاصله بین لولههای کویل و سرعت هوا بستگی دارد.
نسبت هوایی که بدون انتقال حرارت از کویل عبور میکند به کل هوای عبوری از کویل را ضریب کنارگذر (By Pass Factor) مینامند. هوایی که با کویل انتقال حرارت داده و هوای بایپسشده، در خروجی کویل با هم مخلوط میشوند.
شکل ۶
هوایی که با کویل انتقال حرارت داده، شرایط نقطه D را دارد و هوای بایپسشده شرایط نقطه C را دارد؛ در نتیجه مخلوط این دو هوا شرایط نقطه E خواهد داشت. هرچه ضریب کنارگذر (B.P.F) بیشتر باشد، فاصله نقطه E تا D بیشتر میشود. انتخاب این ضریب بر اساس نوع کاربری ساختمان تعیین میشود.
دستگاه هواساز ساده قادر به کنترل همزمان دما و رطوبت نسبی هوای خروجی نیست و امکان کنترل دما و رطوبت فضاهای مختلف ساختمان را هم ندارد. برای این منظور از انواع دیگر هواساز استفاده میشود که در ادامه توضیح داده میشود.
دستگاه هواساز با کویل بازگرمکن
در این نوع هواساز، هوای سرد خروجی از کویل سرمایی، پیش از ورود به فضاهای مورد نیاز، از کویل گرمایی عبور میکند. چون با گرم شدن هوا رطوبت نسبی آن کاهش مییابد، دما و رطوبت هوای خروجی قابل کنترل میشود.
در این نوع هواساز، کویل سرمایی در تابستان و کویل گرمایی در زمستان، دمای خروجی کویل را در مقدار ثابتی نگه میدارد. حسگری در مسیر هوای خروجی از کویل، دما را حس میکند و به شیر سهراهه نصبشده روی مسیر تغذیه کویل فرمان میدهد تا جریان آب تغذیه کویل و در نتیجه دمای خروجی ثابت بماند.
کنترل دمای فضای مورد نظر با فرمان به شیر سهراههای که در مسیر آب تغذیه کویل بازگرمکن قرار دارد انجام میشود؛ به این ترتیب جریان آب و در نتیجه دما و رطوبت نسبی هوای خروجی از کویل بازگرمکن کنترل میشود.
شکل ۷ – کویل پیشگرمکن
در هواساز با کویل بازگرمکن، انرژی صرف سرد کردن هوا در کویل سرمایی میشود و بخشی از این انرژی با عبور از کویل گرمایی (که در آن هم انرژی صرف گرم کردن هوا میشود) خنثی میشود. به همین دلیل، از نظر مصرف انرژی، این سیستم چندان بهصرفه نیست.
شکل ۸ – تاثیر کویل پیشگرمکن در نمودار سایکرومتریک
هوادهها (بادزنها)
هوادهی در دستگاههای هواساز، فن کویلها و کولرهای آبی معمولاً با فنهای سانتریفیوژ انجام میشود؛ در این فنها جریان هوا نسبت به محور شعاعی یا دایرهوار است.
پنج رده از این بادزنها عبارتاند از: خمیده به جلو (Forward Curved)، خمیده به عقب (Backward Curved)، خمیده به عقب بهصورت اریب (Backward Inclined)، آئرودینامیکی (Airfoil) و شعاعی (Radial).
این بادزنها باید هم سرعت هوا و هم افت فشار استاتیک و دینامیک (سرعتی) را تأمین کنند؛ فشار کل برابر مجموع فشار استاتیک و دینامیکی است. همچنین باید جریان هوای لازم برای تأمین بار حرارتی یا برودتی را فراهم کنند. برای انتخاب فن هواساز، لازم است پارامترهای این فنها مشخص شود.
میزان جریان هوا برای گرمایش از رابطه زیر تعیین میشود:
| Q | بار حرارتی (BTU/hr) |
| Tr | دمای اتاق (درجه فارنهایت) |
| Ts | دمای هوای خروجی از هواساز (درجه فارنهایت) |
| B.P.F | ضریب عبور از کنار کویل هواساز |
| CFM | مقدار جریان هوای مورد نیاز برای تأمین بار حرارتی |
مقدار هوای مورد نیاز برای تأمین بار برودتی، در حالتی که کل بار برودتی از نوع محسوس (Sensible Cooling) باشد، از رابطه زیر محاسبه میشود:
| SH | بار برودتی محسوس (BTU/hr) |
| CFM | مقدار جریان هوای مورد نیاز |
اگر بار برودتی نهان صفر نباشد و روی کویل رطوبتگیری انجام شود، جریان هوای مورد نیاز از رابطه زیر محاسبه میشود:
نقطه شبنم دستگاه از اطلاعات ارائهشده توسط سازنده استخراج میشود.
فشار خروجی دستگاه هواده بر اساس افت فشار سیستم کانالکشی، فشار موردنیاز در محل خروج دریچهها و افت فشار داخلی دستگاه هواساز محاسبه میشود. توان مورد نیاز هواده از رابطه زیر به دست میآید:
| PHP | توان حقیقی فن بر حسب اسب بخار |
| SP | فشار استاتیک هواده |
| CFM | حجم هوادهی |
| n | راندمان استاتیک |
عملکرد بادزن را میتوان با استفاده از قوانین پایه و ارقام آزمایش آن پیشبینی کرد. عملکرد در چگالی ثابت با روابط زیر بررسی میشود:
در فرمولهای بالا، D قطر هواده است.
بهطور خلاصه، انتخاب درست هواساز و فن کویل نیازمند محاسبه دقیق دبی هوا، بار حرارتی و فشار استاتیک است؛ محاسبه سرسری هر یک از این پارامترها، در بلندمدت به افت راندمان و مصرف انرژی بالا در دستگاه منجر میشود.
تحریریه تیم فنی مهندسی به فیکس
