بررسی تهویه هوای ساختمان

تهویه هوای ساختمان

هدف اصلی تمامی افرادی که به هر نحوی در زمینه تهویه مطبوع مشغول به کار هستند ایجاد هوا با کیفیت مطلوب و بررسی تاثیرات آن بر سلامتی، فعالیت و راحتی ساکنان و تهویه هوای ساختمان است. عواملی که از کیفیت هوا می کاهند در سه گروه ذرات معلق، گازها و بخارات موجود در هوا تقسیم بندی می شوند. رسیدن به کیفیت مطلوب هوای داخل و حفظ آن هدف اصلی طراح سیستم های تهویه مطبوع و تیم نگه داری به شمار می رود.

برای رسیدن به کیفیت مطلوب هوای داخل باید از موارد مختلفی آگاهی داشته باشیم که در ادامه به بررسی آن ها خواهیم پرداخت.

در این مقاله، به بررسی مورد دیگری به نام کیفیت هوای داخل می پردازیم که به اختصار آن را با IAQ نشان می دهند. حفظ کیفیت هوای داخل در محدوده مطلوب یکی از مهم ترین اهداف تهویه مطبوعی به شمار می رود چرا که این عامل تاثیر مهمی بر سلامتی افراد و بهره وری سیستم دارد.

  1. ذرات آلاینده هوا، منابع آن ها و تاثیر آن ها بر سلامتی افراد
  2. عوامل موثر بر میزان آلاینده ها در هر ساختمان که موارد زیر را شامل می شود:
  • منابع آلاینده ها
  • روش های جذب آلاینده ها و بازگشت هوا به ساختمان
  1. حفظ کیفیت مطلوب هوای داخل که موارد زیر را شامل می شود:
  • کنترل منابع آلایندگی در داخل فضا
  • استفاده از انواع فیلتر ها برای جلوگیری از ورود آلاینده ها به فضای داخل ساختمان
  • رقیق کردن آلاینده ها

انجمن ASHRAE دو استاندارد در رابطه با تهویه را تدوین و منتشر نموده است که به تایید انجمن ANSI نیز رسیده است. یکی از این دو استاندارد 2004-1 ,62ASHRAE/ANSI با عنوان «تهویه برای کیفیت هوای داخل» است که برای تمام محیط های بسته ای که انسان در آن حضور دارد قابل استفاده خواهد بود. دومین استاندارد 2004-2 ,62ASHRAE/ANSI با عنوان «تهویه و کیفیت قابل قبول هوای داخل برای ساختمان های مسکونی کوتاه مرتبه» است که گستره موضوعی آن معیار های تهویه برای ساختمان های مسکونی با تعداد طبقات کم را شامل می شود.

گستره کاربرد استاندارد 2004-1 ,62 به گونه ای است که تمامی محیط های بسته حتی کاربری هایی مانند آشپزخانه یا حمام که رطوبت زیادی در آن ها منتشر می شود را نیز در بر می گیرد. در حالی که استاندارد 2004-2/62 سیستم های تهویه طبیعی و مکانیکی و فضاهای پیرامونی ساختمان به منظور تامین کیفیت مطلوب هوای داخل در ساختمان های مسکونی را شامل می شود.

نکته ای که باید مورد توجه قرار گیرد آن است که استاندارد های یاد شده نیز مانند سایر استاندارد های ASHRAE، توسط یک کمیته داوطلب از میان متخصصان و صاحب نظران این عرصه تدوین می شود و دائما مورد بازنگری و نظر خواهی عمومی و اصلاح قرار می گیرند. این استاندارد ها درست همانند سایر استاندارد های مشابه لازم الاجرا نیستند و حکم قانون ندارند مگر آن که توسط یکی از نهاد های قانونی ذیصلاح به تایید و ابلاغ برسند.

آلاینده های هوا

آلاینده های هوا ذرات ناخواسته ای هستند که از کیفیت هوا می کاهند و در عمل تعداد آن ها بسیار زیاد است. برخی از آلاینده های هوا منشا خارجی و برخی دیگر منشا داخلی دارند. شکل 1 تعدادی از آلاینده ها را به همراه منشا آن ها نشان می دهد.

تاثیر کیفیت هوای داخل بر سلامت و شرایط آسایش افراد

به عنوان اولین گام در تامین کیفیت هوای داخل ساختمان و آسایش حرارتی، درک میزان تاثیر هر یک از آلاینده های هوا بر سلامت انسان بسیار مهم است. طراحان برای مقابله با هر آلاینده روش متفاوتی را اتخاذ می کنند. از این دیدگاه، دسته بندی انواع آلاینده ها در گروه های زیر می تواند مفید واقع شود:

  • آلاینده های کشنده در زمان کوتاه
  • آلاینده های سرطان زا
  • آلاینده های تهدید کننده سلامتی
  • آلاینده های آزار دهنده چه برای کارایی و چه احساس بد ناشی از کیفیت هوا
نوع آلایندهمنشا آلاینده
ذرات معلقگرد و خاک، استعمال دخانیات و پخت و پز
مواد آلرژی زا (موادی که باعث بروز حساسیت می شوند.)کپک، حیوان خانگی و منابع دیگر
باکتری و ویروسانسان، رطوبت و حیوان خانگی
دی اکسید کربن ()تنفس و احتراق
مواد بد بوانسان، پخت و پز، کپک، مواد شیمیایی و استعمال دخانیات
ترکیبات ارگانیک فرار (VOC)مواد و مصالح ساختمانی، اثاثیه داخل خانه، مواد شوینده
دود تنباکواستعمال دخانیات
مونواکسید کربن (CO)احتراق ناقص و استعمال دخانیات
گاز رادون (Rn)پرتوهای رادیو اکتیو ناشی از رادیوم موجود در خاک
فرمالدهید (HCHO)اثاثیه داخل خانه، استعمال دخانیات و مواد و مصالح ساختمانی
اکسید های نیتروژناحتراق و استعمال دخانیات
دی اکسید سولفوراحتراق
ازندستگاه کپی و فیلتر های هوای الکترو استاتیکی

شکل 1 تقسیم بندی انواع آلاینده های هوا و منشا آن ها

آلاینده های کشنده در زمان کوتاه

گاهی اوقات تجمع برخی از انواع آلاینده ها در داخل ساختمان می تواند باعث مرگ افراد حاضر در ساختمان شوند. برای مثال می توان به مواد شیمیایی معلق در هوا مانند مونو اکسید کربن، باکتری های بیماری زا و آلاینده های بیولوژیکی اشاره کرد.

مونو اکسید کربن گازی بی رنگ و بی بو است و از احتراق ناقص حاصل می شود که سالانه جان بسیاری از انسان ها را می گیرد. یکی از منابع تولید گاز مونو اکسید کربن سوختن ناقص وسایلی مانند آب گرم کن، بخاری یا شومینه است. منشا دیگر آن می تواند لوله اگزوز یک خودرو باشد که در فضایی بسته کار می کند.

علاوه بر مونو اکسید کربن، احتمال حضور و شیوع باکتری های بیماری زا نیز در داخل ساختمان وجود دارد. به عنوان نمونه می توان به باکتری هایی نظیر سل اشاره کرد که با تنفس فرد بیمار در فضای داخل ساختمان باقی می ماند و می تواند موجب شیوع این بیماری شود. باکتری این بیماری بسیار کوچک است و معمولا در هوا شناور می ماند. راه مقابله با آن نیز جدا کردن افراد بیمار و محدود کردن آن ها در فضای داخل ساختمان و استفاده از روش های خاص تهویه است.

سومین نوع از آلاینده های این گروه باکتری های بیماری زایی هستند که به واسطه فعالیت های فیزیکی یا کارکرد تجهیزات منتشر می شوند. یکی از این باکتری ها که به طور خاص برای افرادی که سیستم ایمنی بدن آن ها ضعیف است بسیار خطرناک است، باکتری لژیونلاست. لژیونلا نام باکتری بیماری لژیونر است. باکتری لژیونلا در آب ناخالص و گرم به سرعت رشد و تکثیر پیدا می کند. به این ترتیب اگر آبی که آلوده به این باکتری است به هوا پاشیده شود، این باکتری به صورت معلق در هوا در آمده و همزمان با تنفس افراد حاضر در ساختمان به داخل ریه نفوذ می کند. به این ترتیب باکتری از طریق ریه افراد به داخل بدن نفوذ می یابد. این بیماری عوارضی شبیه به آنفولانزا دارد و گاهی اوقات ممکن است کشنده نیز باشد.

منشا باکتری لژیونلا اغلب مکان های خاصی مانند تشت برج خنک کننده یا منبع ذخیره آب گرم مصرفی ساختمان است. بر همین اساس بر مبنای منبع تولید و روش انتقال این بیماری به افراد ساختمان، بیماری لژیونر را در گروه بیماری های مرتبط با ساختمان جای می دهند.

به عنوان جمع بندی این قسمت باید گفت که آلاینده های خطرناکی که در این قسمت به آن ها اشاره شد اغلب علائمی از خود بروز نمی کنند مگر به صورت تاثیراتی که بر سلامت افراد بر جای می گذارند.

آلاینده های سرطان زا

آلاینده های سرطان زا ممکن است در کوتاه مدت مشکلی برای افراد ایجاد نکند، ولی در طولانی مدت این مواد می توانند مشکلات جبران ناپذیری را به بار آورند. خطر ابتلا به سرطان متناسب با زمان و میزان آلاینده هایی که فرد در معرض آن ها قرار می گیرد متفاوت خواهد بود. پس از آن که فرد در معرض چنین آلاینده هایی قرار می گیرد، لزوما اثرات آنی و کوتاه مدتی در بدن وی بروز نمی کند. هر چند که در بلند مدت ممکن است حتی قرار گرفتن در معرض مقادیر اندک از این آلاینده ها مشکلات جبران ناپذیری را برای سلامت فرد ایجاد کند.

انتشار دود تنباکو در محیط که در مباحث مرتبط با آلاینده ها و کیفیت هوای داخل به اختصار آن را با ETS نیز نشان می دهند یکی از اصلی ترین چالش های پیش رو برای تامین و حفظ کیفیت مطلوب هوای داخل است. آلاینده های ناشی از استعمال دخانیات موجب صدمه زدن به ریه و آسیب رساندن به سیستم قلب عروقی انسان می شود. مضرات دخانیات در درجه اول برای شخص مصرف کننده و در درجه دوم برای افرادی است که در محیطی بسته به همراه این شخص حضور دارند. استعمال دخانیات می تواند موجب تحریک اعضای مختلف بدن و تجمع آلودگی روی تمامی سطوح داخل ساختمان شود.

یکی دیگر از عوامل سرطان زا که در برخی از مکان ها شدت زیادی دارد گاز رادون است. رادون یک گاز رادیو اکتیو طبیعی است که به واسطه رادیوم موجود در خاک تولید می شود. این گاز می تواند به تدریج به داخل ساختمان نفوذ کرده و احتمال بروز بیماری سرطان را افزایش دهد. در مکان هایی که انتشار گاز رادون زیاد است برای جلوگیری از ورود آن به داخل ساختمان می توان با تهویه هوای فضای گربه روی ساختمان، ایجاد فشار مثبت در فضای داخل و درز گیری شکاف ها و بازشو های ساختمان تا حد زیادی از ورود رادون به ساختمان جلوگیری کرد.

آلاینده های تهدید کننده سلامتی

بسیاری از آلاینده های هوا مانند مواد آلرژی زا، ترکیبات ارگانیک فرار، ویروس ها، باکتری ها، کپک ها، ازن و ذرات معلق ممکن است در کوتاه مدت کشنده نباشند ولی در بلند مدت سلامت افراد را به خطر بیاندازند. از جمله شایع ترین علائمی که این نوع آلاینده ها در افراد ایجاد می کنند، نشانه هایی روی سطوح حساس بدن مانند چشم، پوست یا اعضای مخاطی است. اکثر این آلاینده ها علائم ظاهری مختلفی مانند سرما خوردگی بر روی بدن دارند.

در برخی از ساختمان ها، ممکن است تعداد زیادی از افراد حاضر در ساختمان با این علائم رو به رو شوند. در صورتی که با خروج افراد از ساختمان، علائم یاد شده از بین برود، به احتمال بسیار می توان دلیل بروز علائم را در آلاینده های منتشر شده در داخل ساختمان جستجو کرد. درصورتی که حداقل بیست درصد از افراد حاضر در ساختمان تنها هنگامی که داخل ساختمان هستند با این علائم مواجه شوند، این ساختمان را اصطلاحاً «سندرم ساختمان بیمار» می نامند.

حتما بخوانید!
زون بندی فضای ساختمان در تهویه مطبوع

آلاینده های آزار دهنده چه برای کارایی و چه احساس بد ناشی از کیفیت هوا

بعضی از آلاینده ها با وجودی که برای سلامتی مضر نیستند، اما با ایجاد بوی ناخوشایند در داخل ساختمان می توانند انسان را آزار داده یا در کار وی خلل ایجاد کنند. از جمله این آلاینده ها می توان به بوی ناخوشایند بدن افراد، بوی مواد شیمیایی، بوی بعضی از غذاها و برخی قارچ ها یا کپک ها اشاره کرد. نکته دیگر آن که حتی همین آلاینده ها نیز در صورت تجمع بیش از حد و تداوم، به دلیل نداشتن علائم مشخص و سریع ممکن است در صورت تشخیص دیر هنگام برای سلامت افراد مشکل آفرین باشند.

کنترل کیفیت هوای داخل

رسیدن به کیفیت مطلوب هوای داخل به برقراری تعادل در عوامل زیر بستگی دارد:

  1. کنترل منشا آلاینده ها
  2. فیلتر کردن آلاینده ها
  3. رقیق سازی آلاینده ها

روش اول برای کنترل کیفیت هوای داخل: کنترل منشا آلاینده ها

مهم ترین عامل در مهار آلاینده ها، کنترل منشا تولید آلاینده از طریق خارج کردن آن از محیط داخل ساختمان یا محدود کردن ورود آن به فضای داخل به شمار می رود. امتناع از استعمال دخانیات یا جلوگیری از ایجاد بخارات سمی یکی از راه های جلوگیری از افزایش میزان آلاینده های داخلی است.

مثال دیگری در زمینه کنترل آلاینده های هوا یکی از معیارهای استاندارد 2004-1 ,62ASHRAE است که بیان می دارد که آب ورودی به تمامی دستگاه های رطوبت زن باید مستقیما از یک منبع آب آشامیدنی یا منبع آبی با کیفیت بهتر برداشت شود. در گذشته گاهی اوقات بخار تولید شده از یک سیستم بخار به طور مستقیم برای رطوبت زنی به ساختمان استفاده می شد. از آن جایی که این بخار با انواع مواد ضد خوردگی و مواد شیمیایی مخلوط استفاده می شد به کار گیری آن ها در آب آشامیدنی غیر مجاز بود. در حال حاضر استفاده از این بخار برای رطوبت زنی به صورت مستقیم مجاز نیست.

در هنگام طراحی دهانه های ورودی هوا به داخل ساختمان همواره باید احتمال ورود آلاینده ها به داخل ساختمان را به حداقل رساند. چند روش برای جلوگیری از ورود آلاینده های هوا به داخل ساختمان از طریق دهانه های ورودی عبارتند از:

  • اجرای دهانه های ورودی در قسمت های دور از سطح زمین به منظور جلوگیری از ورود گرد و خاک به داخل
  • دور بودن دهانه های ورودی از پارکینگ ها و محل های بارگیری به دلیل احتمال تجمع آلاینده های بیشتر
  • دور بودن دهانه های ورودی از دهانه های خروجی بام، دود کش ها، دریچه های تهویه، دریچه توالت ها، کوره ها، هود ها و …

یکی از منابع متداول آلودگی در داخل ساختمان، کپک ها و قارچ ها به شمار می روند. ذرات قارچ ها و کپک ها می توانند سلامت برخی از افراد را به خطر بیاندازند. برای جلوگیری از رشد آن ها ساختمان باید خشک نگه داشته شود. به عنوان یک قاعده کلی در صورتی که رطوبت نسبی هوا کمتر از 60 % باشد تا حد زیادی از احتمال رشد قارچ و کپک کم می شود. در اقلیم هایی با آب و هوای گرم و مرطوب این مشکل یکی از چالش های طراحی به شمار می رود.

یکی از محل های مناسب برای رشد قارچ و کپک، تشتک یا سینی زیر کویل های سرمایی است.

این سینی باید به خوبی تخلیه شود ولی اگر شیب آن برای تخلیه بخار تقطیر شده به صورت ثقلی کمتر از mm 10 به ازای هر متر باشد باعث ایجاد لایه ای از لجن روی کف سینی و افزایش احتمال رشد قارچ و کپک می شود. با کار نکردن دستگاه در وضعیت سرمایشی، سینی زیر کویل نیز خشک شده و کم کم کپک و قارچ راه خود را به داخل فضا باز می کند. تمیز کردن مرتب سینی زیر کویل باعث جلوگیری از بروز این مشکل می شود.

بهترین راه برای مقابله با آلاینده هایی که در فضای داخل تولید می شوند، تخلیه مستقیم آن ها به خارج ساختمان است. برای مثال کاری که هود آشپزخانه انجام می دهد دقیقا همین است. هود آشپزخانه آلاینده هایی مانند دود و بوهای نا مطبوع را مستقیما به خارج ساختمان تخلیه می کند. سیستم های تهویه چاپ خانه ها یا آزمایشگاه ها نیز از دیگر نمونه ها به شمار می روند. طراحی سیستم های تخلیه باید به گونه ای انجام شود که قبل از ورود و انتشار آلاینده ها با هوای سایر قسمت های ساختمان، تمامی آلاینده ها جمع آوری و به خارج ساختمان تخلیه شوند. عملی ساختن این روش موجب می شود تا حجم هوای تخلیه مورد نیاز و هوای جبرانی مورد نیاز برای جایگزین کردن آن کاهش یابد.

جهت کسب اطلاعات بیشتر درباره جزئیات طراحی انواع سیستم های تخلیه برای انواع مختلفی از کاربردها می توانید به کتاب «تهویه صنعتی»، منتشر شده توسط مجمع دولتی بهداشت صنعتی آمریکا مراجعه نمایید.

روش دوم برای کنترل کیفیت هوای داخل: فیلتر کردن آلاینده ها

فیلتر کردن یعنی پالایش هوا و زدودن ذرات از آن. به طور کلی، هم ذرات معلق (با هر اندازه) و هم گازهای آلاینده موجود در هوا می توانند از هوا زدوده شوند ولی زدودن گازها بحثی جداگانه است که در این مجال نمی گنجد.

فیلتر کردن ذرات معلق از طریق روش هایی مانند چسباندن یا به دام انداختن ذرات در بستر فیلتر صورت می گیرد. عملکرد فیلتر به عوامل زیادی از جمله اندازه ذرات، سرعت ذرات در لحظه برخورد با بستر فیلتر، جنس و چگالی بستر فیلتر و میزان تمیز بودن بستر فیلتر بستگی دارد. تفاوت اصلی میان انواع مختلف فیلتر ها در موارد زیر است:

  1. قابلیت فیلتر برای اندازه ذرات معلقی که می تواند فیلتر کند.
  2. مقاومتی که فیلتر در مقابل جریان هوا ایجاد می کند.
  3. ظرفیت فیلتر برای نگه داشتن آلاینده هایی که به دام افتاده اند.

انتخاب فیلتر به برقراری تعادل میان سه عامل مهم کارایی، هزینه اولیه و هزینه جاری بستگی دارد. در حقیقت هزینه اولیه و جاری فیلتر وابسته به اندازه ذرات و کیفیت پاک سازی مورد نظر است که فیلتر باید آن را انجام دهد. فیلتر کردن ذرات کوچک تر به معنی هزینه بیشتر است. شکل 2 برخی از ذرات و اندازه آن ها را نشان داده است.

قطر ذرات در محیط

شکل 2- قطر متوسط برخی از ذرات معلق (یادآوری: هر میکرون برابر با یک میلیونیوم متر است.)

انجمن ASHRAE برای کاربردهای تهویه صنعتی دو استاندارد را تدوین کرده است که یکی از آن ها استاندارد 199-1، 52ASHRAE با عنوان «روش های گرد و غبار نقطه ای و ثقلی برای آزمایش وسایل تصفیه هوای مورد استفاده در کاربرد های تهویه جهت مجزا سازی ذرات» است که به اختصار به آن استاندارد 52,1 می گویند. آزمایش فیلتر بر مبنای معیارهای استاندارد 1/52 دو شاخص «بازده گرد و غبار نقطه ای» و «قابلیت به دام انداختن» را مطرح نموده است. بازده گرد و غبار نقطه ای معیاری برای اندازه گیری میزان فیلتر کردن ذرات کوچکی است که می توانند روی سطح تجمع پیدا کنند و قابلیت به دام انداختن معیاری است از مقدار آلاینده ای که فیلتر قبل از آن که مقاومتش در مقابل جریان هوا زیاد شود می تواند به خود جذب کند. البته بازده گرد و غبار نقطه ای اطلاعات بیشتری در رابطه با عملکرد فیلتر در مقابل اندازه ذرات و فیلتر های ضعیف تر نمی دهد.

پس از استاندارد 1/52 استاندارد جدید تر 1999-2، 52ASHRAE تحت عنوان «روش آزمایش وسایل تصفیه هوا برای ارزیابی راندمان فیلتراسیون بر مبنای اندازه ذرات گرد و غبار» تدوین شد. مبنای مورد استفاده در این استاندارد اندازه ذرات گرد و غبار است و طبق آن دوازده تقسیم بندی مختلف داریم. بر اساس این اطلاعات، واحدی به نام حداقل کارایی گزارش شده با مقادیری از یک تا بیست شکل گرفت که به اختصار آن را با MERV نشان می دهند. مقدار MERV برای فیلتر با کمترین بازده برابر با یک و برای فیلتر با بیشترین بازده برابر با بیست است. شکل 3 فیلتر های رایج با سطوح عملکرد و کاربردهای متداول هر یک از آن ها را نشان می دهد.

انواع فیلتر ها و نحوه قرارگیری آن در دستگاه

شکل 3 – چند نمونه از انواع مختلف فیلتر ها و شیوه قرارگیری آن ها در دستگاه

در حال حاضر فیلتر های زیادی با سطوح مختلف در صنعت تهویه مطبوع وجود دارد. از این میان، ارزان ترین، ساده ترین و در عین حال ناکار آمدترین آن ها فیلتر های صفحه ای هستند. کاربرد این فیلتر ها بیشتر در ساختمان های مسکونی است. این نوع فیلتر ها متشکل از صفحه ای هستند که مستقیما و به صورت عمودی در مسیر جریان هوا قرار می گیرند. این صفحه می تواند یک صفحه بزرگ آلومینیومی باشد که قابل شستشو نیز هست. شماره MERV برای فیلتر های آلومینیومی بین 1 تا 3 است و اگر روکش فایبر گلاس به آن ها اضافه شود مقدار MERV مربوطه به 4 هم می رسد.

با زاویه دار کردن فیلتر می توان کارایی آن را بیشتر نمود. زاویه دار کردن بستر فیلتر باعث می شود که بدون افزایش اندازه دستگاه و سطح مقطع کلی آن، سطح فیلتراسیون زیاد شده و با کاهش سرعت جریان روی بستر فیلتر راندمان فیلتراسیون بالا رود. به عنوان راهکاری دیگر، با چین دار کردن سطح فیلتر ظرفیت جذب گرد و غبار توسط فیلتر افزایش می یابد. محدوده MERV برای این نوع فیلتر ها بین 5 تا 8 است. این نوع فیلتر ها را فیلتر چین خورده می نامند.

برای افزایش ظرفیت جذب گرد و غبار در یک فیلتر می توان محفظه ای به طور تقریبی یک متر برای ذخیره گرد و غبار در آن در نظر گرفت. این محفظه با کار کردن سیستم باد می شود و گرد و غبار به داخل آن می ریزد. در شکل 3 شکل کلی این نوع فیلتر ها که به آن فیلتر کیسه ای می گویند نشان داده شده است.

دو عاملی که راندمان فیلتر را مشخص می کند، بستر فیلتر و سرعت هوا روی این بستر است. برخی از فیلتر ها متشکل از یک بستر شبکه ای با لایه های اولیه درشت تر و سپس لایه های ظریف تر هستند. به این ترتیب در ابتدای ورود هوا به فیلتر ذرات معلق بزرگ تر و سپس ذرات ریز تر از هوا جدا می شوند. خوبی این رویکرد در این است که بستر فیلتر دیر تر کثیف می شود و بستر ظریف تر فیلتر با بستر های ابتدایی محافظت می شود. سطح فیلتر در انواع فیلتر های چین خورده و کیسه ای بیشتر است که سطح فیلتر بیشتر به معنای کاهش سرعت جریان هوای روی بستر فیلتر و افزایش قابل توجه سطح جمع آوری ذرات معلق و ظرفیت جمع آوری گرد و غبار می شود.

حتما بخوانید!
مزایا و معایب فن کویل

سیستم های دارای MERV بزرگ تر از 8 دارای یک فیلتر قبل از خود با 4 MERV یا کمتر هستندکه ذرات بزرگ تر را در یک مرحله قبل از فیلتر اصلی بگیرد. این کار از این نظر که عمر فیلتر قوی تر را زیاد می کند، اقتصادی است.

فیلتر های الکترونیکی نوع دیگری از فیلتر ها هستند که می توان آن ها را به جای فیلتر های متداول استفاده کرد. در این نوع فیلتر ها جریان هوا از میان کانالی که در آن سیم هایی با ولتاژ بالا وجود دارند عبور داده می شود که این کار موجب باردار شدن ذرات معلق موجود در هوا می شود. سپس جریان هوا از بین صفحاتی که ولتاژ متغیر دارند عبور کرده و این کار باعث جذب ذرات باردار و ته نشینی آن ها می شود. این سیستم ها کارایی بسیار خوبی دارند ولی برای حفظ کارایی خوب آن ها تمیز کردن منظم فیلتر ضروری است که در سیستم های بزرگ این کار به صورت خود به خود انجام می گیرد.

ویژگی های فیلتر ها

سه فاکتور اصلی در انتخاب فیلتر ها عبارتند از:

  • اندازه ذراتی که فیلتر قادر به جدا سازی آن ها از هواست.
  • مقاومتی که بستر فیلتر در مقابل جریان هوا ایجاد می کند.
  • ظرفیتی که فیلتر برای نگه داشتن آلاینده دارد.

اندازه ذراتی که فیلتر قادر به جداسازی آن ها از هوا است به نیاز کارفرما و الزامات کاربری بستگی دارد. شاید در یک مکان اداری فیلتر با MERV شماره 5 تا 8 مناسب باشد، ولی برای یک هتل لوکس این عدد به 11 تا 13 می رسد. فیلتر با MERV بالاتر دارای هزینه اولیه بالاتر و همچنین هزینه نگه داری بالاتری است در مقابل از هزینه های پاک سازی جانبی می کاهد.

در مکان های دارویی فیلتر هایی با MERV بین 14 تا 16 می تواند اغلب باکتری های معلق در هوا را جذب کنند. برای از میان برداشتن تمامی باکتری ها باید از فیلتر هایی با MERV حداقل 17 استفاده شود که به آن ها فیلتر های هپا (HEPA) می گویند. فیلتر های HEPA قابلیت آن را دارند تا ذراتی با قطر 3/0 میکرون را با راندمان 7/99 % فیلتر کنند.

مقاومتی که بستر فیلتر در مقابل جریان هوا ایجاد می کند از جمله مسائلی است که روی میزان قدرت موتور برای به جریان درآوردن هوا روی بستر فیلتر تاثیر می گذارد. برخی از سیستم های خانگی و سیستم های پیش ساخته ای که امکان تغییر اندازه الکترو موتور آن ها وجود ندارد، نمی توانند مقادیر بالای افت فشار را تامین کنند. سیستم های متداول خانگی معمولا توانایی تامین فشار لازم برای غلبه بر افت فیلتر هایی با MERV بین 5 یا 6 را دارند.

ظرفیت نگه داری گرد و غبار فیلتر با زمان تعویض آن رابطه مستقیمی دارد. برای مثال ممکن است در یک کاربری خاص استفاده از یک فیلتر چین خورده با MERV بین 7 یا 8 نیز نیاز های پروژه را برآورده کند اما یک فیلتر کیسه ای با MERV شماره 9 یا 10 ظرفیت نگه داری گرد و غبار بیشتری دارد. بنابراین برای کاربردهایی که حجم ذرات معلق در آن ها زیاد است یا هزینه خاموش کردن دستگاه برای تعویض فیلتر زیاد خواهد بود، استفاده از فیلتری با ظرفیت نگه داری گرد و غبار بیشتر از نظر اقتصادی مقرون به صرفه تر خواهد بود.

روش سوم برای کنترل کیفیت هوای داخل: رقیق سازی آلاینده ها

در اکثر کاربرد ها هوای خارج از ساختمان آلاینده های نسبتا کمی دارد. هنگام ورود هوای خارج به داخل با فیلتر کردن هوا می توان کیفیت هوای داخل را افزایش داد. برای مثال برای کاهش میزان دی اکسید کربن موجود در هوا باید اکسیژن مورد نیاز را از هوای خارج تامین نمود. تهویه به کمک رقیق سازی آلاینده ها روش مناسبی برای مقابله انواع مختلف آلاینده ها به شمار می رود که در استاندارد 2004-1, 62 نیز به عنوان یکی از روش های کارآمد به آن اشاره شده است و در ادامه این بخش به آن می پردازیم.

استاندارد 62ASHRAE، تهویه برای تامین کیفیت مطلوب هوای داخل

استاندارد 62ASHRAE/ANSI با عنوان «تهویه برای تامین کیفیت مطلوب هوای داخل» اولین بار در سال 1971، 1981 و سپس در سال 1989 تدوین شد و مورد بازنگری قرار گرفت. نسخه کامل شده این استاندارد منبع قابل رجوع و ساده تر از آیین نامه های ساختمانی بود. در سال 1997 به منظور همسان سازی با رویکرد «نگهداری پیوسته» انجمن ANSI روش استاندارد جدیدی در دستور کار قرار گرفت. این روش استاندارد در بازه های زمانی سه ساله بازبینی می شود و معیار های آن در ویرایش سال 2004 لحاظ شده است.

انواع فیلتر های هوای داخل ساختمان

شکل 4 – جدول مشخصات و کاربردهای انواع مختلف فیلتر ها طبق معیارهای استاندارد ASHRAE 52,2-1999 P.39

استاندارد 2004-1 ,62 معیار های مربوط به تمامی فضاهای بسته ای را در بر می گیرد که انسان با آن ها سر و کار دارد. البته برای کاربرد هایی مانند آزمایشگاه ها یا مکان های صنعتی در صورت نیاز تدابیر دیگری نیز در نظر گرفته می شود. همان طور که در ابتدای این بخش گفته شد، معیار های تهویه ساختمان های مسکونی در استاندارد 2004-2 ,62ASHRAE با عنوان «تهویه و کیفیت مطلوب هوای داخل برای ساختمان های مسکونی کوتاه مرتبه» پوشش داده شده است. در این استاندارد در برخی از موارد بر حسب نیاز اختیاراتی هم به طراح داده شده یا به مراجعی غیر از ASHRAE ارجاع شده است. برای مثال برای طراحی سیستم تهویه مربوط به کاربردهای صنعتی کتاب «تهویه صنعتی» که از سوی مجمع دولتی بهداشت صنعتی آمریکا منتشر شده است منبع بسیار مناسبی است.

در بخش اول از استاندارد 2004-1, 62 بیان شده است که:

«هدف از این استاندارد تعیین کمترین میزان تهویه برای تامین کیفیت قابل قبول هوای داخل برای افراد حاضر در ساختمان و به حداقل رساندن احتمال بروز مشکلات ناشی از کیفیت هوای داخل برای سلامت افراد است.»

بنابراین به یاد داشته باشید که هدف از این استاندارد تعیین حداقل مقدار قابل قبول هوای مورد نیاز برای تهویه است که به صورت زیر تعریف می شود:

«هوایی که در آن اجتماع ذرات آلاینده بیش از میزانی که افراد متخصص تعیین می کنند نباشد و اکثریت هشتاد درصد افراد از کیفیت هوای داخل ساختمان ابراز نارضایتی نکنند.»

این استاندارد برای دست یابی به کیفیت مطلوب هوای داخل دو معیار را مطرح می کند. معیار اول الزامات مربوط به محدود کردن آلاینده ها و معیار دوم الزامات مربوط به رقیق کردن یا از بین بردن آلاینده هاست. ضمن آن که به منظور محدود کردن آلاینده ها معیار ها و الزامات مختلفی در خصوص طراحی سیستم ها و نیاز های خاص طرح نیز باید رعایت شود که رویکرد آن ها در راستای کاهش مشکلات رطوبتی و مشکلاتی مانند رشد قارچ ها و کپک هاست که این معیار عبارتند از:

  • الزامات فیلتر کردن
  • فاصله بین دهانه ورودی هوای خارج و دهانه تخلیه آلاینده های داخل
  • رعایت معیار های مربوط به گردش هوا بین مناطق مختلف ساختمان با سطوح مختلف آلاینده ها
  • الزامات نگه داری و راهبری سیستم
  • الزامات مربوط به مستند سازی طراحی و نگه داری سیستم

طبق استاندارد 2004-1, 62 هوایی که حاوی دود سیگار است نباید به عنوان هوای برگشت در سایر مناطق ساختمان استفاده شود. علاوه بر آن، این مناطق باید دارای تهویه بیشتر یا فیلتر های هوای قوی تری نسبت به سایر منطقه ها باشند. البته  معیار ها و ضوابطی که باید برای طراحی مکان های استعمال دخانیات باشد در نظر گرفته شود در استاندارد مورد اشاره قرار نگرفته است.

برای رقیق کردن آلاینده ها و تهویه هوایی که افراد حاضر در ساختمان در آن تنفس می کنند دو روش وجود دارد:

روش اول – روش کیفیت هوای داخل: این روش مبتنی بر محدود کردن میزان آلاینده های موجود در هوا برای به دست آوردن کیفیت مطلوب هوای داخل است. در این روش برای کنترل ذرات و گاز های موجود در هوا از فیلتر استفاده می شود.

روش دوم – روش نرخ تهویه: در این روش با تهویه هوا به مقدار و کیفیت مناسب به کیفیت مطلوب هوا دست می یابیم.

در روش نرخ تهویه مقدار معینی از هوای خارج را با کیفیت کافی برای رقیق کردن یا خارج کردن آلاینده ها به هوای داخل می آوریم تا به کیفیت مطلوب هوای داخل دست یابیم. کیفیت قابل قبول هوای خارج باید از استاندارد های بین المللی پیروی کند.

محاسبه ی مقدار هوای خارج مورد نیاز برای تهویه بر مبنای حداقل تهویه مورد نیاز بر حسب (s/L) برای هر فرد و حداقل تهویه مورد نیاز بر حسب L/s. به ازای واحد سطح بستگی دارد. به این ترتیب حداقل تهویه مورد نیاز برای هر فضا متناسب با تعداد افراد حاضر در ساختمان یا مساحت ساختمان تعیین می شود. در شکل 5 خلاصه ای از جدول 1-6 استاندارد 2004-1/62 ارائه شده که در آن نرخ تهویه مبنا برای کاربری های مختلف مشخص شده است.

در این جدول اگر به کاربری گروه اول توجه کنید اتاق خواب هتل را می بینید. معیاری که باید برای تهویه اتاق خواب یک هتل در نظر گرفته شود s/L 2,5 برای هر فرد و L/s.0,3 است. برای مثال اگر مساحت صد متر مربع در یک هتل با تعداد نفرات ده نفر را در نظر بگیریم مقدار تهویه مورد نیاز برابر خواهد بود با :

بنابراین حداقل مقدار تهویه مورد نیاز برای فضایی به مساحت صد متر مربع با احتساب ده نفر برابر با 55 L/s است که از تقسیم این مقادیر بر یکدیگر، مقدار مبنای تهویه برای هر نفر s/L5,5 خواهد بود. اگر به مورد آخر از دسته هتل ها یعنی اتاق های چند منظوره نگاه کنیم، مقدار هوای خروجی به ازای هر نفر 2.5 L/s و برای هر متر مربع s/ L0,3 است که مقادیر آن مانند اتاق هتل است و تنها تفاوت در تعداد افراد به ازای واحد سطح است که در این حالت 120 نفر در  100 است. در این مورد به دلیل تراکم بیشتر افراد در این فضا مقدار تهویه بیشتری مورد نیاز خواهد بود و به همین دلیل است که این مقدار 2.75 L/s در جدول به 2.8 L/s گرد شده است.

باید در نظر داشته باشیم که مقدار معین شده باید به فضایی برسد که افراد در آن جا حضور دارند. اگر ده درصد از هوای تهویه بدون رسیدن به محل حضور افراد تخلیه شود، در این صورت نود درصد از هوای تهویه مفید خواهد بود. به این نسبت راندمان توزیع هوای منطقه ای گفته می شود که در این مثال مقدار آن برابر با 0.9 است. به محدوده بین 75mm تا 1800mm از کف و 600mm از دیوار ها نیز منطقه تنفس گفته می شود.

حتما بخوانید!
نگهداری و تعمیر هواکش صنعتی

مکانی را در نظر بگیرید که در آن برای توزیع هوا در داخل ساختمان از دریچه های سقفی استفاده شده است. استاندارد 2004-1/62 راندمان پخش هوای منطقه را برای هوای تامین شده از سقف 1 در نظر می گیرد. برای به دست آوردن نرخ تهویه واقعی، نرخ پایه را بر راندمان پخش هوای منطقه تقسیم می کنیم که در این حالت تغییری در بین نرخ پایه و نرخ واقعی ایجاد نمی شود.

حال اگر همین سیستم برای گرمایش در زمستان استفاده شود بیشترین دمای هوای رفت 35 و دمای طرح داخل 22 است. بنابر این اختلاف دمای هوای رفت به اندازه 13 از دمای هوای داخل اتاق بیشتر خواهد بود. با توجه به استاندارد 2004-1/62 در صورتی که اختلاف دمای هوای رفت و دمای هوای برگشت در سیستم سقفی بیش از 8 باشد، راندمان پخش هوای منطقه حداقل باید 0.8 باشد. بدین معنی که در چنین سیستمی در حالت گرمایش به اندازه بیست و پنج درصد (%25 ، 1.25=0.8/1) نرخ تهویه واقعی بیشتری نیاز خواهیم داشت. نتیجه آن که اگر در تمام سال از این سیستم استفاده شود، طراحی سیستم باید بر اساس نیاز زمستانی انجام شود.

از شکل 5 مربوط به استاندارد 1/62ASHRAE می توان برای به دست آوردن نرخ تهویه پایه و نرخ تهویه اصلاح شده استفاده کرد. حال باید به موضوع میزان تاثیر گذاری سیستم بپردازیم.

اگر سیستم فقط یک منطقه را پوشش دهد یا برای تهویه چند منطقه از صد در صد هوای خارج استفاده کند، مقداری که به عنوان تهویه محاسبه می شود باید به عنوان ظرفیت سیستم به کار گرفته شود. حال اگر برای تهویه چند منطقه از ساختمان، بخشی از هوای مورد نیاز از خارج و بخشی از آن از هوای برگشتی از ساختمان تامین شود، در این صورت توجه به کارکرد سیستم به گونه ای که در هر یک از مناطق ساختمان نسبت های مناسب از مقدار هوای تازه مورد نیاز تامین شود ضرورت پیدا می کند.

البته می توان راهکارهای ریزبینانه تری را نیز برای اعمال تغییرات در زمینه تراکم افراد حاضر در ساختمان یا تغییر در زمان کارکرد سیستم در نظر گرفت. مثلا در یک کلیسا با سقف بلند که نسبت تعداد افراد حاضر به مساحت فضا زیاد و زمان کارکرد سیستم محدود است، برای هر محاسبه مقدار هوای تازه مورد نیاز می توان تعداد متوسط افراد حاضر در محل را در دوره کارکرد سیستم به عنوان مقدار مرجع برای تامین هوای تازه در نظر گرفت. به کارگیری این رویکرد می تواند منجر به کاهش مقدار هوای تازه مورد نیاز برای این کاربری شود.

حداقل-نرخ-تهویه

شکل 5 – بخشی از جدول 6-1 استاندارد ASHRAE62/1/2004

برای مثال در یک ساختمان اداری ممکن است یک اتاق کار ساده نیازمند پانزده درصد هوای تازه باشد و اتاق کنفرانس بیست و پنج درصد هوای تازه نیاز داشته باشد. در استاندارد 2004-1/62 جهت حل این مشکل و به منظور یافتن نرخ تهویه میانگین محاسبات ساده ای ارائه شده است.

تمامی مباحثی که در این بخش مورد بحث قرار گرفت، مبتنی بر معیارهای استاندارد 2004-1/62ASHRAE بود. هنوز هم در بسیاری از مراجع قانونی، معیار های استاندارد های قدیمی تر مورد استناد قرار می گیرد. نکته ای که باید درباره استاندارد های قدیمی تر مورد اشاره قرار گیرد آن است که رویکرد استانداردهای قدیمی تر به این صورت بود که مقدار هوای تازه مورد نیاز به ازای هر فرد بر حسب لیتر بر ثانیه به عنوان معیار محاسبات تهویه در نظر گرفته می شد و مساحت فضای مورد نظر لحاظ نمی شد. این روش که تنها تعداد نفرات را ملاک محاسبات تهویه قرار می داد، محاسبه و تنظیم مقادیر واقعی هوای تازه مورد نیاز برای هر یک از مناطق ساختمان را به میزان زیادی تسهیل می نمود چرا که ملاک و معیار تنها تعداد افراد حاضر در آن منطقه بود. در بخش بعد می آموزیم که چگونه مقدار دی اکسید کربن موجود در یک فضا می توان به عنوان معیاری برای تهویه فضا استفاده شود.

استفاده از دی اکسید کربن برای کنترل نرخ تهویه

در تمامی استانداردهای مرتبط با تهویه و تامین هوای تازه به این نکته اشاره شده است که با کاهش تعداد افراد حاضر در ساختمان می توان مقدار هوای تازه ارسالی به فضای داخل را کاهش داد. برای مثال در یک سالن تئاتر، مقدار هوای تازه ارسالی به داخل ساختمان باید بر مبنای وضعیتی محاسبه شود که سالن در بیشترین ظرفیت خود قرار دارد. ولی در اغلب اوقات سالن با جمعیتی کمتر از نصف کار می کند. در این حالت اگر تهویه برای همین تعداد افراد در نظر گرفته شود در مصرف انرژی صرفه جویی خواهد شد. در ویرایش 2004 از استاندارد 1/62، مقدار تهویه بر مبنای مقدار هوای تازه مورد نیاز به ازای هر نفر بر حسب لیتر بر ثانیه ارائه شده است که به این ترتیب تامین مقدار تهویه مورد نیاز دقیقا بر مبنای تعداد نفرات حاضر در ساختمان در نظر گرفته خواهد شد.

هنگامی که افراد حجمی از هوای را تنفس می کنند، مقدار اکسیژن در هوای دم زیاد است. در هنگام بازدم این مقدار اکسیژن توسط بدن مصرف شده و با مقداری دی اکسید کربن جایگزین می شود. در نتیجه می توان گفت که مقدار دی اکسید کربن موجود در هوای یک محیط بسته می تواند نشان دهنده میزان فعالیت افراد در آن مکان باشد. این میزان از دی اکسید کربن می تواند اندازه گرفته شده و معیاری برای تخمین افراد موجود در سالن باشد.

در سالن های تئاتر معمولا افراد با پوششی متناسب با met 1,2 حضور می یابند. یک شخص بالغ با این پوشش و در حالت نشسته در هوای بازدم خود در حدود s/L 0,0052 دی اکسید کربن به هوا باز می گرداند. همزمان با تولید دی اکسید کربن توسط افراد حاضر در ساختمان، سیستم تهویه هوای تازه با مقدار کم دی اکسید کربن را به داخل ارسال می کند.

این فرآیند را می توان به سادگی در فرمول زیر خلاصه نمود:

 که در آن:

V: حجم هوای خارج بر حسب L/s که به فضا وارد می شود.

C(Outdoor): غلظت دی اکسید کربن موجود در هوای خارج بر حسب

N: حجم دی اکسید کربن تولید شده توسط هریک از افراد حاضر در ساختمان بر حسب L/m

C(Space): غلظت دی اکسید کربن موجود در هوای تخلیه ساختمان بر حسب

برای مثال یک سالن اجتماعات مانند سالن اجتماعات یک هتل را در نظر بگیرید که در آن مقدار هوای تازه مورد نیاز برای هر یک افراد حاضر در سالن برابر با L/s 7،5 است. به این ترتیب با قراردادن مقادیر V و N در رابطه فوق خواهیم داشت:

در این مثال، غلظت محاسبه شده برای دی اکسید کربن حدود ppm 700 یا 700 قسمت در میلیون برای هوای تخلیه شده از داخل ساختمان است.

به یاد داشته باشید که این مقدار، دی اکسید کربن تولید شده به ازای هر فرد است. از آن جایی که تمامی محاسبات فوق به صورت نسبی بیان شد، مقدار محاسبه شده برای هر تعداد از افراد نیز قابل استفاده خواهد بود. به طور معمول غلظت دی اکسید کربن موجود در هوای خارج بین ppm 350 تا ppm 400 است. بنابراین غلظت دی اکسید کربن حاصل در مجموع برابر است با:

1050ppm = 700 ppm +350 ppm

در شهرهای بزرگ که میزان آلودگی هوا در آن ها زیاد است غلظت دی اکسید کربن موجود در هوای خارج گاهی تا ppm 650 نیز می رسد که در این صورت خواهیم داشت:

1350ppm = 700ppm + 650ppm

نکته قابل توجه در محاسبات فوق آن است که این عدد به دست آمده در حالت دوم برای همان میزان تهویه می باشد.

در سالن های اجتماعات می توان با نصب یک حسگر دی اکسید کربن غلظت دی اکسید کربن موجود در هوای داخل سالن را اندازه گرفته و با اتصال آن به یک کنترل کننده، برای تامین مقدار کافی از هوای تازه مورد نیاز، دمپر هوای تازه را کنترل کرد. به این ترتیب می توان به مقدار کافی از هوای تازه مورد نیاز متناسب با افراد حاضر در ساختمان دست یافت. اگر میزان دی اکسید کربن هوای خارج بیشتر از ppm300 باشد و کنترل کننده دی اکسید کربن روی ppm1000 تنظیم شده باشد، هوای تازه تامین شده بیش از حد یا کمتر از حد معمول خواهد بود. در این روش غلظت دی اکسید کربن به عنوان معیاری برای تشخیص تعداد افراد حاضر در سالن استفاده می شود. این روش برای مکان های پر جمعیت با تراکم بالا بسیار مناسب است ولی در مکان هایی که ازدحام جمعیت کم است این روش چندان جوابگو نیست.

توجه داشته باشید که این روش محاسبه هوای تازه با فرضیاتی همراه است که می تواند موجب بروز خطا نیز بشود. فرضیات اصلی در این روش عبارتند از:

اختلاط کامل هوا: معمولا اختلاط هوا در داخل ساختمان به خوبی صورت می گیرد اما ممکن است بخشی از هوای تهویه شده در محلی که افراد در آن حاضر هستند به خوبی توزیع نشود.

جریان یکنواخت هوا: برای آن که غلظت دی اکسید کربن موجود در هوای داخل ساختمان یکنواخت باقی بماند، ممکن است از پانزده دقیقه تا چند ساعت زمان نیاز باشد. غلظت و میزان توزیع دی اکسید کربن در فضای داخل ساختمان، متناسب با عواملی مانند مساحت فضای داخل و تعداد افراد حاضر در آن متفاوت خواهد بود. در فضاهای پر تراکم دی اکسیدکربن تولید شده در فضای داخل زود تر پخش شده و سریع تر به حالت یکنواخت می رسد ولی در مکان هایی با تراکم کمتر این فرایند دیر تر رخ می دهد.

توزیع یکنواخت افراد حاضر در ساختمان: در صورتی که افراد حاضر در ساختمان در یک نقطه تجمع داشته باشند، تمرکز دی اکسید کربن در آن منطقه بیشتر و در سایر مناطق کمتر می شود. استفاده از روش غلظت دی اکسید کربن برای تامین هوای تازه مورد نیاز در یک ساختمان طبق معیار های استاندارد 2004-1/62 امکان پذیر نیست چرا که در این استاندارد حداقل هوای تازه مورد نیاز به ازای واحد سطح بر حسب L/s.m2 مشخص شده است که باید رعایت شود. البته توجه داشته باشید که برای تامین هوای تازه مورد نیاز در یک ساختمان امکان استفاده از روش های پیشرفته تری نیز وجود دارد که دقیقا با معیارهای استاندارد 62.1 منطبق هستند.

تحریریه تیم فنی مهندسی به فیکس

دیدگاهتان را بنویسید

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