سیستم های گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC) برای تامین و حفظ شرایط اسایش داخل ساختمان ابداع شده اند. دمای مناسب، رطوبت کافی، تازگی، پاکی و وزش صحیح هوا و سطح صدای کم، همگی از عوامل موثر در تامین آسایش هستند. سیستم های تهویه مطبوع باید این شرایط را متناسب با کاربری مکان با بهترین بازده تامین کنند.
اگرچه سیستم های تهویه مطبوع به خوبی قابلیت تامین گرمایش فضاها را دارند؛ اما در این مقاله تمرکز، بیشتر بر سرمایش اماکن است. بر همین اساس سیستم ها و تجهیزات تهویه مطبوع در پنج حلقه زیر طبقه بندی و معرفی شده اند:
انواع سیکل های تهویه مطبوع
الف) حلقه ی هوا
ب) حلقه ی آب سرد
ج) حلقه ی سرمایش یا انبساط مستقیم
د) حلقه ی دفع گرما
ه) حلقه ی کنترل
برای یک سیستم تهویه مطبوع وجود هر پنج حلقه الزامی نیست. بلکه متناسب با نوع کاربری و برخی ملاحظات دیگر ممکن است همه یا برخی از آنها تشکیل یک سیستم کامل را دهند.
اولین حلقه از یک سیستم تهویه مطبوع و بخش انتهایی آن که به طور مستقیم با فضای مورد استفاده سر و کار دارد؛ حلقه ی هواست. بنابراین اولین جزء این حلقه، خود فضای مورد تهویه است.
در واقع دو عامل اصلی تامین کننده آسایش حرارتی یعنی دمای خشک و رطوبت، ارتباط مستقیم با کمیت و کیفیت هوایی دارد که سیستم تهویه مطبوع آن را تهیه و به مکان مورد نظر ارسال می کند.
هوای ارسال شده از سوی سیستم تهویه مطبوع که هوای رفت نامیده می شود؛ وظیفه اخذ گرمای محسوس و یا به عبارت دیگر کاهش دمای خشک را دارد. از طرف دیگر برای حفظ رطوبت در دامنه ای مشخص، باید گرمای نهان نیز از اتاق خارج شود. هوایی که از فضای مورد تهویه خارج شده و به سیستم تهویه مطبوع بازگردانده می شود؛ هوای برگشت خوانده می شود.
بخش بزرگی از هوای برگشت پس از گذر از روی کوئل سرد، رطوبت خود را از دست داده و به تبع آن گرمای نهان هوا نیز از آن گرفته می شود. بنابراین هوای رفت و برگشت حلقه ی واسطی بین فضای مورد تهویه و سیستم تهویه مطبوع هستند.
می توان این گونه تصور کرد که هوای رفت همچون اسفنجی گرمای محسوس و نهان را به خود جذب کرده و از فضا خارج می کند.
آن زمان که هوای رفت از دریچه ای به خارج از فضا هدایت می شود؛ نام خود را نیز از دست می دهد و در مسیر خروجی نام هوای برگشت را می گیرد. هوایی که اینک گرم و احيانا مرطوب است.
بخشی از این هوا ممکن است به سیستم تهویه مطبوع بازگردانده شود و یا بنا به دلایلی در جو تخلیه شود در صورتی که تمام هوای خروجی به سیستم بازنگردد؛ دیگر نام برگشت شایسته آن نیست. این، هوای تخلیه نامیده می شود.
اجزای تاثیرگذار بر ظرفیت سرمایشی
در هر صورت هوای برگشتی به سیستم تهویه مطبوع هنوز حکم همان اسفنجی را دارد که گرمای محسوس و نهان را حمل می کند. گذر مجدد این هوا از روی کوئل سرد موجب اخذ گرمای محسوس و نهان می شود، همچون اسفنجی که فشرده شود. بار دیگر این هوا نام هوای رفت را گرفته به فضای مورد تهویه ارسال می شود.
قابلیت جذب گرمای محسوس و نهان هوای رفت بستگی به دما و رطوبت آن دارد.
هر چه هوا سردتر و در عین حال خشک تر باشد، توان جذب گرمای محسوس و نهان بیشتری را از فضا خواهد داشت.
اما برای حفظ و تامین شرایط آسایش فضا، دما و خشکی آن تابع شرایط و دامنه ای مشخص متناسب با کاربری فضاست.
سیستم فیلتر و فن
تصویر بالا حلقه هوا را علاوه بر فضای مورد تهویه با دو جزء دیگر، یعنی فن هوای رفت و فیلتر نمایش می دهد.
وجود فن در مسیر رفت برای به گردش در آوردن و حفظ دمای 24 درجه سانتی گراد در فضای مورد تهویه الزامی است.
مسیر بین فن تا فضای مورد تهویه همان مسیر هوای رفت (SA) است.
به طور طبیعی وقتی فن، هوا را به فضای مورد تهويه می دمد؛ از سمت برگشت آن را می مکد.
در بسیاری مواقع استفاده از یک فن برای به جریان انداختن هوا کفایت می کند؛ اما در مواردی لازم می آید که در مسیر برگشت نیز فن جداگانه ای نصب شود. در این صورت فن هوای رفت و فن هوای برگشت سری می شوند و با ثابت ماندن دبی، به کمک یکدیگر امکان غلبه بر افت فشار بیشتری را پیدا می کنند.
همان گونه که پیش از این اشاره شد، در بسیاری از سیستم ها، بخش قابل توجهی از هوای خروجی به سیستم بازگردانده می شود که هوای برگشت (RA) نام می گیرد؛ اما تمام این هوا به سیستم باز نمی گردد. زیرا تامین هوای تازه نیز برای فضای مورد تهویه بسیار ضروری است.
برای این که بتوان مقداری هوای تازه به چرخه ی هوا اضافه کرد، باید بخشی از هوای برگشت تخلیه شود.
در تصویر صفحه پیشین هوای تخلیه با (BA) مشخص شده است. متناسب با مقدار هوای تخلیه، هوای تازه (OA) وارد حلقه می شود. هوای برگشت و هوای تازه با یکدیگر مخلوط شده و برای پاکسازی از فیلتر عبور می کنند.
هوای برگشت و هوای تازه به عنوان هوای مخلوط با (MA) نمایش داده شده است. هوای مخلوط پس از گذر از فیلتر و به کمک فن به عنوان هوای رفت به فضای مورد تهویه ارسال می شود.
هوای مخلوط دمایی مابین دمای هوای برگشت و هوای بیرون خواهد داشت. به عنوان مثال در این تصویر هوای برگشت دارای دمای 24 درجه سانتی گراد و دمای هوای تازه 36 درجه سانتی گراد است و هوای مخلوط دارای دمایی بین این دو، یعنی 27 درجه سانتی گراد است. البته دمای هوای مخلوط میانگین دو دمای هوای برگشت و مخلوط نیست؛ بلکه مقدار آن تابعی از درصد اختلاط نیز هست. در اینجا، چون درصد هوای برگشت بیش از هوای تازه در نظر گرفته شده است؛ دمای هوای مخلوط به دمای هوای برگشت نزدیکتر است.
بنابراین در حلقه ی هوا، دو هوای بیرون (OA) و هواء تخلیه (EA) جایگزین یکدیگر می شوند. هوای تخلیه از حلقه خارج و هوای بیرون به حلقه وارد می شود. آنچه در حلقه ثابت می ماند، هوای مخلوط، هوای رفت و هوای برگشت است که متناسب با دما تغییر ماهیت داده و متناسب با این تغییر نامی جدید پیدا می کنند.
کویل سرمایشی
در این تصویر حلقه ی هوا یا کوئل آب سرد کامل تر شده است. اکنون هوا نه نها به کمک فیلتر، پالایش و به وسیله فن ارسال می شود، بلکه در حدفاصل فیلتر و فن توسط کوئل خنک نیز می شود. کوئل سرد بنا به خاصیت ذاتی خود، موجب تقطیر رطوبت هم می شود. اگر رطوبت زدایی به کاهش بی اندازه رطوبت نیانجامد، نیاز به پیش بینی راهکاری برای رساندن رطوبت به حد مجاز نیست. در غیر این صورت باید در حلقه ی هوا، رطوبت به اندازه مجاز اضافه شود.
در این تصویر، کوئل دمای هوای مخلوط (MA) را از 27 درجه سانتی گراد تا 13 درجه سانتی گراد کاهش می دهد.
سیال سرد از طریق یک کلکتور وارد لوله های پره دار کوئل شده و از کلکتور دیگر به سمت وسیله مولد باز می گردد.
تصویر بالا نمونه ای از یک کوثل آب سرد را نمایش میدهد که به طور معمول در سیستم های تهویه مطبوع مورد استفاده قرار می گیرد.
در لوله های کوئل، آب سرد جاری شده و هوای گرم پس از گذر از روی کوئل، گرمای خود را به آب کوئل می دهد. به این ترتیب گرمای محسوس هوای عبوری کاهش می یابد و این به معنای کاهش دمای خشک هوا نیز هست.
رطوبت موجود در هوا نیز در برخورد با کوئل سرد تقطیر شده و به داخل تشک تخلیه می ریزد تا توسط لوله مخصوصی دفع شود. به این ترتیب گرمای نهان هوای عبوری نیز کاهش می یابد. البته برای این که رطوبت هوای عبوری در برخورد با سطح کوئل تقطير شود، لازم است که دمای سطح کوئل کمتر از دمای نقطه شبنم هوا باشد. در غیر این صورت کوئل سرد تنها موفق به کاهش دمای خشک و اخذ گرمای محسوس خواهد شد و محتوای رطوبتی هوا تغییری نخواهد کرد.
توجه به این نکته نیز ضروری است که در حلقه ی هوای سیستم های تهویه مطبوع فارغ از به کارگیری کوئل سرمایی، متناسب با نیاز از کوئل گرمایی و رطوبت زن نیز استفاده می شود. اصولا رطوبت زنی اغلب به هنگام کارکرد زمستانی سیستم به کار می آید.
حلقه ی هوا با حجم ثابت
در سیستم حجم ثابت، مقدار دبی هوا در هر حالتی اعم از این که بار در حداکثر یا حداقل و یا در هر نقطه ای بین این دو مقدار باشد، ثابت است.
واکنش سیستم به کاهش بار و یا به عبارت دیگر وقوع بار جزئی نه با تغییر حجم که با تغییر دما همراه است. به کم یا زیاد شدن دی آب سرد در کوئل، دمای سطح کوئل تغییر کرده و متناسب با آن دمای هوای عبوری نیز تغییر می کند. به همین دلیل این سیستم حجم ثابت دمای متغیر نیز خوانده می شود.
حلقه ی هوا با حجم متغیر
در سیستم حجم متغير همان گونه که از نامش پیداست، واکنش سیستم به کاهش یا افزایش بار فضای مورد تهویه با تغيير حجم هوا همراه است. در بار حداکثر هوای ورودی به فضا نیز حداکثر است، اما با کاهش بار مقدار هوای ورودی به فضای مورد تهویه توسط دمپری کاهش می یابد. نمونه ای از این دمپر در تصویر بالا مشاهده می شود، بنابراین جزء دیگری که همان دمپر هوای رفت است به حلقه ی هوا اضافه می شود.
این دمپر دارای موتور مخصوصی است که با فرمان گرفتن از ترموستات، تنظیم دبی را انجام می دهد. بنابراین مجموعه دمپر و موتور آن به عنوان یک جزء که پایانه هوای حجم متغیر خوانده می شود در پشت دریچه ورودی هوا نصب می شود.
در این سیستم حجم هوا متناسب با بار متغیر اما دمای آن ثابت است. به همین دلیل این سیستم، حجم متغیر دمای ثابت نیز خوانده می شود.
تغییر حجم به صورت محلی این امکان را می دهد که بتوان از یک سیستم حجم متغیر برای چند فضای مشابه که در یک منطقه می گنجند، استفاده کرد. بدیهی است که در این صورت هریک از فضاها باید دارای پایانه هوای اختصاصی باشند.
فن کوئل
فن کوئل مثال ساده ای از یک حلقه ی هواست که در آن کوئل، فن، فیلتر، دهانه هوای رفت و معبر هوای برگشت در آن دیده می شود. البته فن کوئل به عنوان دستگاهی اتاقی دارای تمام قابلیت های هواساز و سیستم های تمام هوای مرکزی نیست. به عنوان مثال نمی توان فیلترهای ویژه بر روی آن نصب کرد و یا انتظار داشت که هوای تازه فراوان و کنترل شده ای را در اختیار فضای مورد نظر قرار دهد. اما در اماکنی که موضوع کنترل رطوبت نسبی دارای اهمیت چندانی نباشد و در عین حال فضای مورد تهویه نیازمند تامین هوای تازه زیاد با درجه خاصی از پاکی نباشد، می توان از فن کوئل به عنوان یک حلقه ی هوای یکپارچه که به صورت مستقل توانایی تامین گرمایش و سرمایش را دارد. در بسیاری اماکن استفاده کرد.
هواساز
هواساز نیز مثال دیگری از یک حلقه ی هوا با تمامی قابلیت های تهویه مطبوع کامل است که هوای یک یا چند فضا را به صورت مرکزی تامین می کند.
هواساز پایه ی اصلی تمامی سیستم های تهویه مطبوع کامل است. زیرا به بهترین شکلی قادر به تنظیم دما، کنترل رطوبت، پالایش متناسب و تامین هوای تازه زیاد است.
کوئل های گرمایی و سرمایی با ظرفیت دلخواه برای تامین دمای مناسب، امکان به کارگیری فن های هوای رفت و برگشت با هوادهی مختلف برای تامین دبی و فشار لازم در کانال ها، استفاده از انواع فیلترها با بازده متفاوت برای جذب و دفع انواع آلاینده ها، وجود دهانه های هوای رفت، هوای برگشت، هوای تازه و جعبه مخلوط کننده هوا و همچنین امکان رطوبت زنی و رطوبت گیری، هواساز را تبدیل به کارامدترین حلقه ی هوا در سیستم تهویه مطبوع کرده است.
تحریریه تیم خدمات فنی مهندسی به فیکس
