هدف اصلی تمامی افرادی که به هر نحوی در زمینه تهویه مطبوع مشغول به کار هستند، ایجاد هوایی با کیفیت مطلوب و بررسی تأثیرات آن بر سلامتی، فعالیت و راحتی ساکنان و تهویه هوای ساختمان است. عواملی که از کیفیت هوا میکاهند در سه گروه ذرات معلق، گازها و بخارات موجود در هوا تقسیمبندی میشوند. رسیدن به کیفیت مطلوب هوای داخل و حفظ آن، هدف اصلی طراح سیستمهای تهویه مطبوع و تیم نگهداری به شمار میرود.
برای رسیدن به کیفیت مطلوب هوای داخل باید از موارد مختلفی آگاهی داشته باشیم که در ادامه به بررسی آنها میپردازیم.
در این مقاله، به بررسی مبحث دیگری به نام کیفیت هوای داخل میپردازیم که به اختصار آن را با IAQ نشان میدهند. حفظ کیفیت هوای داخل در محدوده مطلوب یکی از مهمترین اهداف تهویه مطبوع به شمار میرود، چراکه این عامل تأثیر مهمی بر سلامتی افراد و بهرهوری سیستم دارد.
- ذرات آلاینده هوا، منابع آنها و تأثیر آنها بر سلامتی افراد
- عوامل مؤثر بر میزان آلایندهها در هر ساختمان که موارد زیر را شامل میشود:
- منابع آلایندهها
- روشهای جذب آلایندهها و بازگشت هوا به ساختمان
- حفظ کیفیت مطلوب هوای داخل که موارد زیر را شامل میشود:
- کنترل منابع آلایندگی در داخل فضا
- استفاده از انواع فیلترها برای جلوگیری از ورود آلایندهها به فضای داخل ساختمان
- رقیق کردن آلایندهها
انجمن ASHRAE دو استاندارد در رابطه با تهویه تدوین و منتشر کرده است که به تأیید انجمن ANSI نیز رسیدهاند. یکی از این دو استاندارد، 62ASHRAE/ANSI-1,2004 با عنوان «تهویه برای کیفیت هوای داخل» است که برای تمام محیطهای بستهای که انسان در آن حضور دارد قابل استفاده است. دومین استاندارد، 62ASHRAE/ANSI-2,2004 با عنوان «تهویه و کیفیت قابل قبول هوای داخل برای ساختمانهای مسکونی کوتاهمرتبه» است که گستره موضوعی آن معیارهای تهویه برای ساختمانهای مسکونی با تعداد طبقات کم را شامل میشود.
گستره کاربرد استاندارد 62/1-2004 به گونهای است که تمامی محیطهای بسته، حتی کاربریهایی مانند آشپزخانه یا حمام که رطوبت زیادی در آنها منتشر میشود را نیز در برمیگیرد؛ در حالی که استاندارد 62/2-2004 سیستمهای تهویه طبیعی و مکانیکی و فضاهای پیرامونی ساختمان بهمنظور تأمین کیفیت مطلوب هوای داخل در ساختمانهای مسکونی را شامل میشود.
نکتهای که باید مورد توجه قرار گیرد آن است که استانداردهای یادشده نیز مانند سایر استانداردهای ASHRAE، توسط یک کمیته داوطلب از میان متخصصان و صاحبنظران این عرصه تدوین میشوند و دائماً مورد بازنگری و نظرخواهی عمومی و اصلاح قرار میگیرند. این استانداردها درست همانند سایر استانداردهای مشابه، لازمالاجرا نیستند و حکم قانون ندارند، مگر آنکه توسط یکی از نهادهای قانونی ذیصلاح به تأیید و ابلاغ برسند.
آلایندههای هوا
آلایندههای هوا ذرات ناخواستهای هستند که از کیفیت هوا میکاهند و در عمل تعداد آنها بسیار زیاد است. برخی از آلایندههای هوا منشأ خارجی و برخی دیگر منشأ داخلی دارند. شکل ۱ تعدادی از آلایندهها را به همراه منشأ آنها نشان میدهد.
تأثیر کیفیت هوای داخل بر سلامت و شرایط آسایش افراد
به عنوان اولین گام در تأمین کیفیت هوای داخل ساختمان و آسایش حرارتی، درک میزان تأثیر هر یک از آلایندههای هوا بر سلامت انسان بسیار مهم است. طراحان برای مقابله با هر آلاینده روش متفاوتی را اتخاذ میکنند. از این دیدگاه، دستهبندی انواع آلایندهها در گروههای زیر میتواند مفید باشد:
- آلایندههای کشنده در زمان کوتاه
- آلایندههای سرطانزا
- آلایندههای تهدیدکننده سلامتی
- آلایندههای آزاردهنده، چه برای کارایی و چه احساس بد ناشی از کیفیت هوا
| نوع آلاینده | منشأ آلاینده |
| ذرات معلق | گرد و خاک، استعمال دخانیات و پختوپز |
| مواد آلرژیزا (موادی که باعث بروز حساسیت میشوند) | کپک، حیوان خانگی و منابع دیگر |
| باکتری و ویروس | انسان، رطوبت و حیوان خانگی |
| دیاکسید کربن (CO2) | تنفس و احتراق |
| مواد بدبو | انسان، پختوپز، کپک، مواد شیمیایی و استعمال دخانیات |
| ترکیبات ارگانیک فرار (VOC) | مواد و مصالح ساختمانی، اثاثیه داخل خانه، مواد شوینده |
| دود تنباکو | استعمال دخانیات |
| مونواکسید کربن (CO) | احتراق ناقص و استعمال دخانیات |
| گاز رادون (Rn) | پرتوهای رادیواکتیو ناشی از رادیوم موجود در خاک |
| فرمالدهید (HCHO) | اثاثیه داخل خانه، استعمال دخانیات و مواد و مصالح ساختمانی |
| اکسیدهای نیتروژن | احتراق و استعمال دخانیات |
| دیاکسید سولفور | احتراق |
| ازن | دستگاه کپی و فیلترهای هوای الکترواستاتیکی |
شکل ۱. تقسیمبندی انواع آلایندههای هوا و منشأ آنها
آلایندههای کشنده در زمان کوتاه
گاهی اوقات تجمع برخی از انواع آلایندهها در داخل ساختمان میتواند باعث مرگ افراد حاضر در ساختمان شود. برای مثال میتوان به مواد شیمیایی معلق در هوا مانند مونواکسید کربن، باکتریهای بیماریزا و آلایندههای بیولوژیکی اشاره کرد.
مونواکسید کربن گازی بیرنگ و بیبو است که از احتراق ناقص حاصل میشود و سالانه جان بسیاری از انسانها را میگیرد. یکی از منابع تولید گاز مونواکسید کربن، سوختن ناقص وسایلی مانند آبگرمکن، بخاری یا شومینه است. منشأ دیگر آن میتواند لوله اگزوز یک خودرو باشد که در فضایی بسته کار میکند.
علاوه بر مونواکسید کربن، احتمال حضور و شیوع باکتریهای بیماریزا نیز در داخل ساختمان وجود دارد. برای نمونه میتوان به باکتریهایی نظیر سل اشاره کرد که با تنفس فرد بیمار در فضای داخل ساختمان باقی میماند و میتواند موجب شیوع این بیماری شود. باکتری این بیماری بسیار کوچک است و معمولاً در هوا شناور میماند. راه مقابله با آن نیز جدا کردن افراد بیمار و محدود کردن آنها در فضای داخل ساختمان و استفاده از روشهای خاص تهویه است.
سومین نوع از آلایندههای این گروه، باکتریهای بیماریزایی هستند که به واسطه فعالیتهای فیزیکی یا کارکرد تجهیزات منتشر میشوند. یکی از این باکتریها که بهطور خاص برای افرادی که سیستم ایمنی بدنشان ضعیف است بسیار خطرناک است، باکتری لژیونلاست. لژیونلا نام باکتری بیماری لژیونر است. این باکتری در آب ناخالص و گرم به سرعت رشد و تکثیر پیدا میکند؛ به این ترتیب اگر آبی که آلوده به این باکتری است به هوا پاشیده شود، این باکتری بهصورت معلق در هوا درمیآید و همزمان با تنفس افراد حاضر در ساختمان به داخل ریه نفوذ میکند. این بیماری عوارضی شبیه به آنفولانزا دارد و گاهی اوقات ممکن است کشنده هم باشد.
منشأ باکتری لژیونلا اغلب مکانهای خاصی مانند تشت برج خنککننده 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 بیماریهای مرتبط با ساختمان جای میدهند.
به عنوان جمعبندی این قسمت باید گفت آلایندههای خطرناکی که در این قسمت به آنها اشاره شد، اغلب علائمی از خود بروز نمیدهند مگر بهصورت تأثیراتی که بر سلامت افراد بر جای میگذارند.
آلایندههای سرطانزا
آلایندههای سرطانزا ممکن است در کوتاهمدت مشکلی برای افراد ایجاد نکنند، ولی در طولانیمدت این مواد میتوانند مشکلات جبرانناپذیری به بار آورند. خطر ابتلا به سرطان متناسب با زمان و میزان آلایندههایی که فرد در معرض آنها قرار میگیرد متفاوت خواهد بود. پس از آنکه فرد در معرض چنین آلایندههایی قرار میگیرد، لزوماً اثرات آنی و کوتاهمدتی در بدن وی بروز نمیکند؛ هرچند در بلندمدت ممکن است حتی قرار گرفتن در معرض مقادیر اندک از این آلایندهها مشکلات جبرانناپذیری برای سلامت فرد ایجاد کند.
انتشار دود تنباکو در محیط که در مباحث مرتبط با آلایندهها و کیفیت هوای داخل به اختصار آن را با ETS نیز نشان میدهند، یکی از اصلیترین چالشهای پیشرو برای تأمین و حفظ کیفیت مطلوب هوای داخل است. آلایندههای ناشی از استعمال دخانیات موجب آسیب به ریه و سیستم قلبیعروقی انسان میشود. مضرات دخانیات در درجه اول برای شخص مصرفکننده و در درجه دوم برای افرادی است که در محیطی بسته به همراه این شخص حضور دارند. استعمال دخانیات میتواند موجب تحریک اعضای مختلف بدن و تجمع آلودگی روی تمامی سطوح داخل ساختمان شود.
یکی دیگر از عوامل سرطانزا که در برخی مکانها شدت زیادی دارد، گاز رادون است. رادون یک گاز رادیواکتیو طبیعی است که به واسطه رادیوم موجود در خاک تولید میشود. این گاز میتواند به تدریج به داخل ساختمان نفوذ کرده و احتمال بروز سرطان را افزایش دهد. در مکانهایی که انتشار گاز رادون زیاد است، میتوان با تهویه هوای فضای زیرین ساختمان، ایجاد فشار مثبت در فضای داخل و درزگیری شکافها و بازشوهای ساختمان، تا حد زیادی از ورود رادون جلوگیری کرد.
آلایندههای تهدیدکننده سلامتی
بسیاری از آلایندههای هوا مانند مواد آلرژیزا، ترکیبات ارگانیک فرار، ویروسها، باکتریها، کپکها، ازن و ذرات معلق ممکن است در کوتاهمدت کشنده نباشند، ولی در بلندمدت سلامت افراد را به خطر میاندازند. از جمله شایعترین علائمی که این نوع آلایندهها در افراد ایجاد میکنند، نشانههایی روی سطوح حساس بدن مانند چشم، پوست یا اعضای مخاطی است. اکثر این آلایندهها علائم ظاهری مختلفی مانند سرماخوردگی روی بدن ایجاد میکنند.
در برخی از ساختمانها، ممکن است تعداد زیادی از افراد حاضر با این علائم روبهرو شوند. اگر با خروج افراد از ساختمان، علائم یادشده از بین برود، به احتمال زیاد میتوان دلیل بروز علائم را در آلایندههای منتشرشده در داخل ساختمان جستجو کرد. در صورتی 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» مینامند.
آلایندههای آزاردهنده چه برای کارایی و چه احساس بد ناشی از کیفیت هوا
بعضی از آلایندهها با وجود اینکه برای سلامتی مضر نیستند، اما با ایجاد بوی ناخوشایند در داخل ساختمان میتوانند انسان را آزار دهند یا در کار وی خلل ایجاد کنند. از جمله این آلایندهها میتوان به بوی ناخوشایند بدن افراد، بوی مواد شیمیایی، بوی برخی غذاها و برخی قارچها یا کپکها اشاره کرد. نکته دیگر آنکه حتی همین آلایندهها نیز در صورت تجمع بیشازحد و تداوم، به دلیل نداشتن علائم مشخص و سریع، ممکن است در صورت تشخیص دیرهنگام برای سلامت افراد مشکلآفرین باشند.
کنترل کیفیت هوای داخل
رسیدن به کیفیت مطلوب هوای داخل به برقراری تعادل در عوامل زیر بستگی دارد:
- کنترل منشأ آلایندهها
- فیلتر کردن آلایندهها
- رقیقسازی آلایندهها
روش اول برای کنترل کیفیت هوای داخل: کنترل منشأ آلایندهها
مهمترین عامل در مهار آلایندهها، کنترل منشأ تولید آلاینده از طریق خارج کردن آن از محیط داخل ساختمان یا محدود کردن ورود آن به فضای داخل است. امتناع از استعمال دخانیات یا جلوگیری از ایجاد بخارات سمی، یکی از راههای جلوگیری از افزایش میزان آلایندههای داخلی است.
مثال دیگری در زمینه کنترل آلایندههای هوا، یکی از معیارهای استاندارد 62ASHRAE-1,2004 است که بیان میدارد آب ورودی به تمامی دستگاههای رطوبتزن باید مستقیماً از یک منبع آب آشامیدنی یا منبع آبی با کیفیت بهتر برداشت شود. در گذشته گاهی بخار تولیدشده از یک سیستم بخار بهطور مستقیم برای رطوبتزنی به ساختمان استفاده میشد. از آنجا که این بخار با انواع مواد ضدخوردگی و مواد شیمیایی مخلوط استفاده میشد، بهکارگیری آن در آب آشامیدنی غیرمجاز بود. در حال حاضر استفاده از این بخار برای رطوبتزنی مستقیم مجاز نیست.
در هنگام طراحی دهانههای ورودی هوا به داخل ساختمان، همواره باید احتمال ورود آلایندهها را به حداقل رساند. چند روش برای جلوگیری از ورود آلایندههای هوا از طریق دهانههای ورودی عبارتاند از:
- اجرای دهانههای ورودی در قسمتهای دور از سطح زمین بهمنظور جلوگیری از ورود گرد و خاک
- دور بودن دهانههای ورودی از پارکینگها و محلهای بارگیری به دلیل احتمال تجمع آلایندههای بیشتر
- دور بودن دهانههای ورودی از دهانههای خروجی بام، دودکشها، دریچههای تهویه، دریچه توالتها، کورهها، هودها و …
یکی از منابع متداول آلودگی در داخل ساختمان، کپکها و قارچها هستند. ذرات قارچها و کپکها میتوانند سلامت برخی از افراد را به خطر بیندازند. برای جلوگیری از رشد آنها، ساختمان باید خشک نگه داشته شود. به عنوان یک قاعده کلی، اگر رطوبت نسبی هوا کمتر از ۶۰٪ باشد، تا حد زیادی از احتمال رشد قارچ و کپک کاسته میشود. در اقلیمهایی با آبوهوای گرم و مرطوب این مشکل یکی از چالشهای طراحی به شمار میرود.
یکی از محلهای مناسب برای رشد قارچ و کپک، تشتک یا سینی زیر کویلهای سرمایی است.
این سینی باید بهخوبی تخلیه شود؛ اما اگر شیب آن برای تخلیه ثقلی بخار تقطیرشده کمتر از ۱۰ میلیمتر به ازای هر متر باشد، باعث ایجاد لایهای از لجن روی کف سینی و افزایش احتمال رشد قارچ و کپک میشود. با کار نکردن دستگاه در وضعیت سرمایشی، سینی زیر کویل نیز خشک شده و کمکم کپک و قارچ راه خود را به داخل فضا باز میکند. تمیز کردن مرتب سینی زیر کویل از بروز این مشکل جلوگیری میکند.
بهترین راه برای مقابله با آلایندههایی که در فضای داخل تولید میشوند، تخلیه مستقیم آنها به خارج ساختمان است. برای مثال کاری که هود آشپزخانه انجام میدهد دقیقاً همین است: هود آشپزخانه آلایندههایی مانند دود و بوهای نامطبوع را مستقیماً به خارج ساختمان تخلیه میکند. سیستمهای تهویه چاپخانهها یا آزمایشگاهها نیز از دیگر نمونهها هستند. طراحی سیستمهای تخلیه باید به گونهای انجام شود که قبل از ورود و انتشار آلایندهها به هوای سایر قسمتهای ساختمان، تمامی آلایندهها جمعآوری و به خارج تخلیه شوند. این روش موجب میشود حجم هوای تخلیه مورد نیاز و هوای جبرانی مورد نیاز برای جایگزین کردن آن کاهش یابد.
جهت کسب اطلاعات بیشتر درباره جزئیات طراحی انواع سیستمهای تخلیه برای انواع مختلفی از کاربردها میتوانید به کتاب «تهویه صنعتی»، منتشرشده توسط مجمع دولتی بهداشت صنعتی آمریکا مراجعه کنید.
روش دوم برای کنترل کیفیت هوای داخل: فیلتر کردن آلایندهها
فیلتر کردن یعنی پالایش هوا و زدودن ذرات از آن. بهطور کلی، هم ذرات معلق (با هر اندازه) و هم گازهای آلاینده موجود در هوا میتوانند از هوا زدوده شوند، ولی زدودن گازها بحثی جداگانه است که در این مجال نمیگنجد.
فیلتر کردن ذرات معلق از طریق روشهایی مانند چسباندن یا به دام انداختن ذرات در بستر فیلتر صورت میگیرد. 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 فیلترها در موارد زیر است:
- قابلیت فیلتر برای اندازه ذرات معلقی که میتواند فیلتر کند
- مقاومتی که فیلتر در مقابل جریان هوا ایجاد میکند
- ظرفیت فیلتر برای نگه داشتن آلایندههای بهدامافتاده
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 پاکسازی مورد نظر است که فیلتر باید انجام دهد. فیلتر کردن ذرات کوچکتر به معنی هزینه بیشتر است. شکل ۲ برخی از ذرات و اندازه آنها را نشان میدهد.

شکل ۲- قطر متوسط برخی از ذرات معلق (یادآوری: هر میکرون برابر با یک میلیونیوم متر است.)
انجمن ASHRAE برای کاربردهای تهویه صنعتی دو استاندارد تدوین کرده که یکی از آنها استاندارد 52ASHRAE-1,199 با عنوان «روشهای گرد و غبار نقطهای و ثقلی برای آزمایش وسایل تصفیه هوای مورد استفاده در کاربردهای تهویه جهت مجزاسازی ذرات» است که به اختصار به آن استاندارد 52.1 میگویند. آزمایش فیلتر بر مبنای معیارهای استاندارد 52.1 دو شاخص «بازده گرد و غبار نقطهای» و «قابلیت به دام انداختن» را مطرح کرده است. بازده گرد و غبار نقطهای معیاری برای اندازهگیری میزان فیلتر کردن ذرات کوچکی است که میتوانند روی سطح تجمع پیدا کنند، و قابلیت به دام انداختن معیاری است از مقدار آلایندهای که فیلتر قبل از آنکه مقاومتش در مقابل جریان هوا زیاد شود میتواند جذب کند. بازده گرد و غبار نقطهای اطلاعات بیشتری درباره عملکرد فیلتر در مقابل اندازه ذرات و فیلترهای ضعیفتر نمیدهد.
پس از استاندارد 52.1، استاندارد جدیدتر 52ASHRAE-2,1999 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 تقسیمبندی مختلف داریم. بر اساس این اطلاعات، واحدی به نام حداقل کارایی گزارششده با مقادیری از یک تا بیست شکل گرفت که به اختصار آن را با MERV نشان میدهند. مقدار MERV برای فیلتر با کمترین بازده برابر با یک و برای فیلتر با بیشترین بازده برابر با بیست است. شکل ۳ فیلترهای رایج با سطوح عملکرد و کاربردهای متداول هر یک را نشان میدهد.

شکل ۳ – چند نمونه از انواع مختلف فیلترها و شیوه قرارگیری آنها در دستگاه
در حال حاضر فیلترهای زیادی با سطوح مختلف در صنعت تهویه مطبوع وجود دارد. از این میان، ارزانترین، سادهترین و در عین حال ناکارآمدترین آنها فیلترهای صفحهای هستند که بیشتر در ساختمانهای مسکونی کاربرد دارند. این نوع فیلترها متشکل از صفحهای هستند که مستقیماً و بهصورت عمودی در مسیر جریان هوا قرار میگیرند؛ این صفحه میتواند یک صفحه بزرگ آلومینیومی و قابل شستوشو باشد. شماره MERV برای فیلترهای آلومینیومی بین ۱ تا ۳ است و اگر روکش فایبرگلاس به آنها اضافه شود، مقدار MERV به ۴ هم میرسد.
با زاویهدار کردن فیلتر میتوان کارایی آن را بیشتر کرد. زاویهدار کردن بستر فیلتر باعث میشود بدون افزایش اندازه دستگاه و سطح مقطع کلی آن، سطح فیلتراسیون زیاد شده و با کاهش سرعت جریان روی بستر فیلتر، راندمان فیلتراسیون بالا برود. به عنوان راهکاری دیگر، با چیندار کردن سطح فیلتر، ظرفیت جذب گرد و غبار افزایش مییابد. محدوده MERV برای این نوع فیلترها بین ۵ تا ۸ است؛ به این نوع، فیلتر چینخورده میگویند.
برای افزایش ظرفیت جذب گرد و غبار در یک فیلتر، میتوان محفظهای به طول تقریبی یک متر برای ذخیره گرد و غبار در نظر گرفت. این محفظه با کار کردن سیستم باد میشود و گرد و غبار به داخل آن میریزد. در شکل ۳ شکل کلی این نوع فیلترها که به آنها فیلتر کیسهای میگویند نشان داده شده است.
دو عاملی که راندمان فیلتر را مشخص میکنند، بستر فیلتر و سرعت هوا روی این بستر است. برخی از فیلترها متشکل از یک بستر شبکهای با لایههای اولیه درشتتر و سپس لایههای ظریفتر هستند؛ به این ترتیب ابتدا ذرات معلق بزرگتر و سپس ذرات ریزتر از هوا جدا میشوند. مزیت این رویکرد این است که بستر فیلتر دیرتر کثیف میشود و بستر ظریفتر فیلتر توسط بسترهای ابتدایی محافظت میشود. سطح فیلتر در انواع فیلترهای چینخورده و کیسهای بیشتر است که به معنای کاهش سرعت جریان هوا روی بستر فیلتر و افزایش قابلتوجه سطح جمعآوری ذرات معلق و ظرفیت جمعآوری گرد و غبار است.
سیستمهای دارای MERV بزرگتر از ۸، پیش از خود یک فیلتر با MERV ۴ یا کمتر دارند که ذرات بزرگتر را در یک مرحله قبل از فیلتر اصلی میگیرد؛ این کار از این نظر که عمر فیلتر قویتر را افزایش میدهد، اقتصادی است.
فیلترهای الکترونیکی نوع دیگری از فیلترها هستند که میتوان آنها را بهجای فیلترهای متداول استفاده کرد. در این نوع فیلترها جریان هوا از میان کانالی که در آن سیمهایی با ولتاژ بالا وجود دارند عبور داده میشود که باعث باردار شدن ذرات معلق موجود در هوا میشود. سپس جریان هوا از بین صفحاتی که ولتاژ متغیر دارند عبور میکند و این کار باعث جذب ذرات باردار و تهنشینی آنها میشود. این سیستمها کارایی بسیار خوبی دارند، ولی برای حفظ کارایی خوب آنها، تمیز کردن منظم فیلتر ضروری است که در سیستمهای بزرگ این کار بهصورت خودکار انجام میشود.
ویژگیهای فیلترها
سه فاکتور اصلی در انتخاب فیلترها عبارتاند از:
- اندازه ذراتی که فیلتر قادر به جداسازی آنها از هواست
- مقاومتی که بستر فیلتر در مقابل جریان هوا ایجاد میکند
- ظرفیتی که فیلتر برای نگه داشتن آلاینده دارد
اندازه ذراتی که فیلتر قادر به جداسازی آنها از هواست، به نیاز کارفرما و الزامات کاربری بستگی دارد. شاید در یک مکان اداری فیلتر با MERV شماره ۵ تا ۸ مناسب باشد، ولی برای یک هتل لوکس این عدد به ۱۱ تا ۱۳ میرسد. فیلتر با MERV بالاتر هزینه اولیه و نگهداری بالاتری دارد، اما در مقابل از هزینههای پاکسازی جانبی میکاهد.
در مکانهای دارویی، فیلترهایی با MERV بین ۱۴ تا ۱۶ میتوانند اغلب باکتریهای معلق در هوا را جذب کنند. برای از میان برداشتن تمامی باکتریها باید از فیلترهایی با MERV حداقل ۱۷ استفاده شود که به آنها فیلترهای هپا (HEPA) میگویند. فیلترهای HEPA قابلیت آن را دارند که ذراتی با قطر ۰.۳ میکرون را با راندمان ۹۹.۷٪ فیلتر کنند.
مقاومتی که بستر فیلتر در مقابل جریان هوا ایجاد میکند، روی میزان قدرت موتور مورد نیاز برای به جریان درآوردن هوا تأثیر میگذارد. برخی از سیستمهای خانگی و سیستمهای پیشساختهای که امکان تغییر اندازه الکتروموتور آنها وجود ندارد، نمیتوانند مقادیر بالای افت فشار را تأمین کنند. سیستمهای متداول خانگی معمولاً توانایی تأمین فشار لازم برای غلبه بر افت فیلترهایی با MERV بین ۵ یا ۶ را دارند.
ظرفیت نگهداری گرد و غبار فیلتر با زمان تعویض آن رابطه مستقیمی دارد. برای مثال ممکن است در یک کاربری خاص استفاده از یک فیلتر چینخورده با MERV بین ۷ یا ۸ نیازهای پروژه را برآورده کند، اما یک فیلتر کیسهای با MERV شماره ۹ یا ۱۰ ظرفیت نگهداری گرد و غبار بیشتری دارد. بنابراین برای کاربردهایی که حجم ذرات معلق در آنها زیاد است، یا هزینه خاموش کردن دستگاه برای تعویض فیلتر زیاد است، استفاده از فیلتری با ظرفیت نگهداری بیشتر از نظر اقتصادی مقرونبهصرفهتر است.
روش سوم برای کنترل کیفیت هوای داخل: رقیقسازی آلایندهها
در اکثر کاربردها هوای خارج از ساختمان آلایندههای نسبتاً کمی دارد. هنگام ورود هوای خارج به داخل، با فیلتر کردن هوا میتوان کیفیت هوای داخل را افزایش داد. برای مثال برای کاهش میزان دیاکسید کربن موجود در هوا باید اکسیژن مورد نیاز را از هوای خارج تأمین کرد. تهویه به کمک رقیقسازی آلایندهها روش مناسبی برای مقابله با انواع مختلف آلایندههاست که در استاندارد 62/1-2004 نیز به عنوان یکی از روشهای کارآمد به آن اشاره شده و در ادامه این بخش به آن میپردازیم.
استاندارد 62ASHRAE، تهویه برای تأمین کیفیت مطلوب هوای داخل
استاندارد 62ASHRAE/ANSI با عنوان «تهویه برای تأمین کیفیت مطلوب هوای داخل» اولین بار در سالهای ۱۹۷۱، ۱۹۸۱ و سپس ۱۹۸۹ تدوین و بازنگری شد. نسخه کاملشده این استاندارد منبعی قابل رجوع و سادهتر از آییننامههای ساختمانی بود. در سال ۱۹۹۷ بهمنظور همسانسازی با رویکرد «نگهداری پیوسته» انجمن ANSI، روش استاندارد جدیدی در دستور کار قرار گرفت. این روش در بازههای زمانی سهساله بازبینی میشود و معیارهای آن در ویرایش سال ۲۰۰۴ لحاظ شده است.

شکل ۴ – جدول مشخصات و کاربردهای انواع مختلف فیلترها طبق معیارهای استاندارد ASHRAE 52.2-1999، ص. ۳۹
استاندارد 62/1-2004 معیارهای مربوط به تمامی فضاهای بستهای را دربرمیگیرد که انسان با آنها سروکار دارد. البته برای کاربردهایی مانند آزمایشگاهها یا مکانهای صنعتی، در صورت نیاز تدابیر دیگری هم در نظر گرفته میشود. همانطور که در ابتدای این بخش گفته شد، معیارهای تهویه ساختمانهای مسکونی در استاندارد 62ASHRAE-2,2004 با عنوان «تهویه و کیفیت مطلوب هوای داخل برای ساختمانهای مسکونی کوتاهمرتبه» پوشش داده شده است. در این استاندارد در برخی 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 کاربردهای صنعتی، کتاب «تهویه صنعتی» منتشرشده از سوی مجمع دولتی بهداشت صنعتی آمریکا منبع بسیار مناسبی است.
در بخش اول از استاندارد 62/1-2004 بیان شده است که:
«هدف از این استاندارد، تعیین کمترین میزان تهویه برای تأمین 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 هدف از این استاندارد، تعیین حداقل مقدار قابل قبول هوای مورد نیاز برای تهویه است که بهصورت زیر تعریف میشود:
«هوایی که در آن اجتماع ذرات آلاینده بیش از میزانی که افراد متخصص تعیین میکنند نباشد و اکثریت ۸۰٪ افراد از کیفیت هوای داخل ساختمان ابراز نارضایتی نکنند.»
این استاندارد برای دستیابی به کیفیت مطلوب هوای داخل دو معیار مطرح میکند. معیار اول، الزامات مربوط به محدود کردن آلایندهها، و معیار دوم، الزامات مربوط به رقیق کردن یا از بین بردن آلایندههاست. ضمن آنکه بهمنظور محدود کردن آلایندهها، معیارها و الزامات مختلفی درباره طراحی سیستمها و نیازهای خاص طرح نیز باید رعایت شود که رویکرد آنها در راستای کاهش مشکلات رطوبتی و مشکلاتی مانند رشد قارچها و کپکهاست؛ این معیارها عبارتاند از:
- الزامات فیلتر کردن
- فاصله بین دهانه ورودی هوای خارج و دهانه تخلیه آلایندههای داخل
- رعایت معیارهای مربوط به گردش هوا بین مناطق مختلف ساختمان با سطوح مختلف آلایندهها
- الزامات نگهداری و راهبری سیستم
- الزامات مربوط به مستندسازی طراحی و نگهداری سیستم
طبق استاندارد 62/1-2004، هوایی که حاوی دود سیگار است نباید به عنوان هوای برگشت در سایر مناطق ساختمان استفاده شود؛ علاوه بر آن، این مناطق باید تهویه بیشتر یا فیلترهای هوای قویتری نسبت به سایر منطقهها داشته باشند. البته معیارها و ضوابطی که باید برای طراحی مکانهای استعمال دخانیات رعایت شود، در این استاندارد مورد اشاره قرار نگرفته است.
برای رقیق کردن آلایندهها و تهویه هوایی که افراد حاضر در ساختمان در آن تنفس میکنند، دو روش وجود دارد:
روش اول – روش کیفیت هوای داخل: این روش مبتنی بر محدود کردن میزان آلایندههای موجود در هوا برای به دست آوردن کیفیت مطلوب هوای داخل است. در این روش برای کنترل ذرات و گازهای موجود در هوا از فیلتر استفاده میشود.
روش دوم – روش نرخ تهویه: در این روش با تهویه هوا به مقدار و کیفیت مناسب، به کیفیت مطلوب هوا دست مییابیم.
در روش نرخ تهویه، مقدار معینی از هوای خارج را با کیفیت کافی برای رقیق کردن یا خارج کردن آلایندهها به هوای داخل میآوریم تا به کیفیت مطلوب هوای داخل دست یابیم. کیفیت قابل قبول هوای خارج باید از استانداردهای بینالمللی پیروی کند.
محاسبه مقدار هوای خارج مورد نیاز برای تهویه بر مبنای حداقل تهویه مورد نیاز بر حسب L/s برای هر فرد و حداقل تهویه مورد نیاز بر حسب L/s به ازای واحد سطح تعیین میشود. به این ترتیب حداقل تهویه مورد نیاز برای هر فضا متناسب با تعداد افراد حاضر یا مساحت ساختمان تعیین میشود. در شکل ۵ خلاصهای از جدول ۶-۱ استاندارد 62/1-2004 ارائه شده که در آن نرخ تهویه مبنا برای کاربریهای مختلف مشخص شده است.
در این جدول اگر به کاربری گروه اول توجه کنید، اتاق خواب هتل را میبینید. معیاری که باید برای تهویه اتاق خواب یک هتل در نظر گرفته شود، ۲.۵ L/s برای هر فرد و ۰.۳ L/s.m² 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 ۵۵ L/s است که از تقسیم این مقادیر بر یکدیگر، مقدار مبنای تهویه برای هر نفر ۵.۵ L/s خواهد بود. اگر به مورد آخر از دسته هتلها، یعنی اتاقهای چندمنظوره نگاه کنیم، مقدار هوای خروجی به ازای هر نفر ۲.۵ L/s و برای هر مترمربع ۰.۳ L/s است که مقادیر آن مانند اتاق هتل است و تنها تفاوت در تعداد افراد به ازای واحد سطح است که در این حالت ۱۲۰ نفر در ۱۰۰ مترمربع است. در این مورد به دلیل تراکم بیشتر افراد در این فضا، مقدار تهویه بیشتری مورد نیاز خواهد بود و به همین دلیل این مقدار از ۲.۷۵ L/s در جدول به ۲.۸ L/s گرد شده است.
باید در نظر داشته باشیم که مقدار معینشده باید به فضایی برسد که افراد در آنجا 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 منطقهای گفته میشود که در این مثال مقدار آن برابر با ۰.۹ است. به محدوده بین ۷۵ میلیمتر تا ۱۸۰۰ میلیمتر از کف و ۶۰۰ میلیمتر از دیوارها نیز منطقه تنفس گفته میشود.
مکانی را در نظر بگیرید که در آن برای توزیع هوا در داخل ساختمان از دریچههای سقفی استفاده شده است. استاندارد 62/1-2004 راندمان پخش هوای منطقه را برای هوای تأمینشده از سقف برابر ۱ در نظر میگیرد. برای بهدستآوردن نرخ تهویه واقعی، نرخ پایه را بر راندمان پخش هوای منطقه تقسیم میکنیم که در این حالت تغییری بین نرخ پایه و نرخ واقعی ایجاد نمیشود.
حال اگر همین سیستم برای گرمایش در زمستان استفاده شود، بیشترین دمای هوای رفت ۳۵ درجه و دمای طرح داخل ۲۲ درجه است. بنابراین اختلاف دمای هوای رفت به اندازه ۱۳ درجه از دمای هوای داخل اتاق بیشتر خواهد بود. با توجه به استاندارد 62/1-2004، در صورتی که اختلاف دمای هوای رفت و دمای هوای برگشت در سیستم سقفی بیش از ۸ درجه باشد، راندمان پخش هوای منطقه حداقل باید ۰.۸ باشد؛ به این معنی که در چنین سیستمی در حالت گرمایش، به اندازه ۲۵٪ (۰.۸/۱ = ۱.۲۵) نرخ تهویه واقعی بیشتری نیاز خواهیم داشت. نتیجه آنکه اگر در تمام سال از این سیستم استفاده شود، طراحی سیستم باید بر اساس نیاز زمستانی انجام شود.
از شکل ۵ مربوط به استاندارد ASHRAE62/1 میتوان برای بهدستآوردن نرخ تهویه پایه و نرخ تهویه اصلاحشده استفاده کرد. حال باید به موضوع میزان تأثیرگذاری سیستم بپردازیم.
اگر سیستم فقط یک منطقه را پوشش دهد یا برای تهویه چند منطقه از صددرصد هوای خارج استفاده کند، مقداری که به عنوان تهویه محاسبه میشود باید به عنوان ظرفیت سیستم به کار گرفته شود. اگر برای تهویه چند منطقه از ساختمان، بخشی از هوای مورد نیاز از خارج و بخشی از هوای برگشتی از ساختمان تأمین شود، در این صورت توجه به کارکرد سیستم به گونهای که در هر یک از مناطق ساختمان نسبتهای مناسب از مقدار هوای تازه مورد نیاز تأمین شود، ضرورت پیدا میکند.
البته میتوان راهکارهای ریزبینانهتری را نیز برای اعمال تغییرات در زمینه تراکم افراد حاضر در ساختمان یا تغییر در زمان کارکرد سیستم در نظر گرفت. مثلاً در یک کلیسا با سقف بلند که نسبت تعداد افراد حاضر به مساحت فضا زیاد و زمان کارکرد سیستم محدود است، میتوان برای هر محاسبه مقدار هوای تازه مورد نیاز، تعداد متوسط افراد حاضر در محل را در دوره کارکرد سیستم به عنوان مقدار مرجع در نظر گرفت. بهکارگیری این رویکرد میتواند منجر به کاهش مقدار هوای تازه مورد نیاز برای این کاربری شود.

شکل ۵ – بخشی از جدول ۶-۱ استاندارد ASHRAE62/1/2004
برای مثال در یک ساختمان اداری ممکن است یک اتاق کار ساده نیازمند ۱۵٪ هوای تازه باشد و اتاق کنفرانس ۲۵٪ هوای تازه نیاز داشته باشد. در استاندارد 62/1-2004، برای حل این مشکل و بهمنظور یافتن نرخ تهویه میانگین، محاسبات سادهای ارائه شده است.
تمامی مباحثی که در این بخش مورد بحث قرار گرفت، مبتنی بر معیارهای استاندارد 62ASHRAE-1,2004 بود. هنوز هم در بسیاری از مراجع قانونی، معیارهای استانداردهای قدیمیتر مورد استناد قرار میگیرد. نکتهای که باید درباره استانداردهای قدیمیتر مورد اشاره قرار گیرد، آن است که رویکرد استانداردهای قدیمیتر 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 میشد و مساحت فضای مورد نظر لحاظ نمیشد. این روش که تنها تعداد نفرات را ملاک محاسبات تهویه قرار میداد، محاسبه و تنظیم مقادیر واقعی هوای تازه مورد نیاز برای هر یک از مناطق ساختمان را به میزان زیادی تسهیل میکرد، چراکه ملاک و معیار تنها تعداد افراد حاضر در آن منطقه بود. در بخش بعد میآموزیم که چگونه مقدار دیاکسید کربن موجود در یک فضا میتواند به عنوان معیاری برای تهویه فضا استفاده شود.
استفاده از دیاکسید کربن برای کنترل نرخ تهویه
در تمامی استانداردهای مرتبط با تهویه و تأمین هوای تازه به این نکته اشاره شده که با کاهش تعداد افراد حاضر در ساختمان میتوان مقدار هوای تازه ارسالی به فضای داخل را کاهش داد. برای مثال در یک سالن تئاتر، مقدار هوای تازه ارسالی باید بر مبنای وضعیتی محاسبه شود که سالن در بیشترین ظرفیت خود قرار دارد؛ اما در اغلب اوقات سالن با جمعیتی کمتر از نصف کار میکند. در این حالت اگر تهویه برای همین تعداد افراد در نظر گرفته شود، در مصرف انرژی صرفهجویی خواهد شد. در ویرایش ۲۰۰۴ از استاندارد 62/1، مقدار تهویه بر مبنای مقدار هوای تازه مورد نیاز به ازای هر نفر بر حسب لیتر بر ثانیه ارائه شده که به این ترتیب تأمین مقدار تهویه مورد نیاز دقیقاً بر مبنای تعداد نفرات حاضر در ساختمان در نظر گرفته میشود.
هنگامی که افراد حجمی از هوا را تنفس میکنند، مقدار اکسیژن در هوای دم زیاد است. در هنگام بازدم این مقدار اکسیژن توسط بدن مصرف شده و با مقداری دیاکسید کربن جایگزین میشود. در نتیجه میتوان گفت مقدار دیاکسید کربن موجود در هوای یک محیط بسته میتواند نشاندهنده میزان فعالیت افراد در آن مکان باشد. این میزان میتواند اندازهگیری شود و معیاری برای تخمین تعداد افراد موجود در سالن باشد.
در سالنهای تئاتر معمولاً افراد با پوششی متناسب با ۱.۲ met حضور مییابند. یک شخص بالغ با این پوشش و در حالت نشسته، در هوای بازدم خود حدود ۰.۰۰۵۲ L/s دیاکسید کربن به هوا بازمیگرداند. همزمان با تولید دیاکسید کربن توسط افراد حاضر در ساختمان، سیستم تهویه هوای تازه با مقدار کم دیاکسید کربن را به داخل ارسال میکند.
این فرآیند را میتوان به سادگی در فرمول زیر خلاصه کرد:
![]()
که در آن:
V: حجم هوای خارج بر حسب L/s که به فضا وارد میشود.
C(Outdoor): غلظت دیاکسید کربن موجود در هوای خارج.
N: حجم دیاکسید کربن تولیدشده توسط هر یک از افراد حاضر در ساختمان بر حسب L/min.
C(Space): غلظت دیاکسید کربن موجود در هوای تخلیه ساختمان.
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 از افراد حاضر برابر با ۷.۵ L/s است. به این ترتیب با قرار دادن مقادیر V و N در رابطه فوق خواهیم داشت:

در این مثال، غلظت محاسبهشده برای دیاکسید کربن حدود ۷۰۰ ppm یا ۷۰۰ قسمت در میلیون برای هوای تخلیهشده از داخل ساختمان است.
به یاد داشته باشید این مقدار، دیاکسید کربن تولیدشده به ازای هر فرد است. از آنجا که تمامی محاسبات فوق بهصورت نسبی بیان شد، مقدار محاسبهشده برای هر تعداد از افراد نیز قابل استفاده خواهد بود. بهطور معمول غلظت دیاکسید کربن موجود در هوای خارج بین ۳۵۰ تا ۴۰۰ ppm است؛ بنابراین غلظت دیاکسید کربن حاصل در مجموع برابر است با:
۱۰۵۰ ppm = ۷۰۰ ppm + ۳۵۰ ppm
در شهرهای بزرگ که میزان آلودگی هوا در آنها زیاد است، غلظت دیاکسید کربن موجود در هوای خارج گاهی تا ۶۵۰ ppm نیز میرسد که در این صورت خواهیم داشت:
۱۳۵۰ ppm = ۷۰۰ ppm + ۶۵۰ ppm
نکته قابلتوجه در محاسبات فوق آن است که این عدد بهدستآمده در حالت دوم برای همان میزان تهویه است.
در سالنهای اجتماعات میتوان با نصب یک حسگر دیاکسید کربن، غلظت آن را در هوای داخل سالن اندازه گرفت و با اتصال آن به یک کنترلکننده، برای تأمین مقدار کافی هوای تازه، دمپر هوای تازه را کنترل کرد. به این ترتیب میتوان به مقدار کافی از هوای تازه مورد نیاز متناسب با افراد حاضر در ساختمان دست یافت. اگر میزان دیاکسید کربن هوای خارج بیشتر از ۳۰۰ ppm باشد و کنترلکننده دیاکسید کربن روی ۱۰۰۰ ppm تنظیم شده باشد، هوای تازه تأمینشده بیش از حد یا کمتر از حد معمول خواهد بود. در این روش، غلظت دیاکسید کربن به عنوان معیاری برای تشخیص تعداد افراد حاضر در سالن استفاده میشود. این روش برای مکانهای پرجمعیت با تراکم بالا بسیار مناسب است، ولی در مکانهایی که ازدحام جمعیت کم است چندان جوابگو نیست.
توجه داشته باشید این روش محاسبه هوای تازه با فرضیاتی همراه است که میتواند موجب بروز خطا هم بشود. فرضیات اصلی در این روش عبارتاند از:
اختلاط کامل هوا: معمولاً اختلاط هوا در داخل ساختمان بهخوبی صورت میگیرد، اما ممکن است بخشی از هوای تهویهشده در محلی که افراد حاضرند بهخوبی توزیع نشود.
جریان یکنواخت هوا: برای آنکه غلظت دیاکسید کربن موجود در هوای داخل ساختمان یکنواخت بماند، ممکن است از پانزده دقیقه تا چند ساعت زمان نیاز باشد. غلظت و میزان توزیع دیاکسید کربن در فضای داخل ساختمان، متناسب با عواملی مانند مساحت فضای داخل و تعداد افراد حاضر متفاوت خواهد بود. در فضاهای پرتراکم، دیاکسید کربن تولیدشده زودتر پخش شده و سریعتر به حالت یکنواخت میرسد، ولی در مکانهایی با تراکم کمتر این فرآیند دیرتر رخ میدهد.
توزیع یکنواخت افراد حاضر در ساختمان: در صورتی که افراد حاضر در ساختمان در یک نقطه تجمع داشته باشند، تمرکز دیاکسید کربن در آن منطقه بیشتر و در سایر مناطق کمتر میشود. استفاده از روش غلظت دیاکسید کربن برای تأمین هوای تازه مورد نیاز در یک ساختمان، طبق معیارهای استاندارد 62/1-2004 امکانپذیر نیست، چراکه در این استاندارد حداقل هوای تازه مورد نیاز به ازای واحد سطح بر حسب L/s.m² مشخص شده که باید رعایت شود. البته توجه داشته باشید که برای تأمین هوای تازه مورد نیاز در یک ساختمان، امکان استفاده از روشهای پیشرفتهتری نیز وجود دارد که دقیقاً با معیارهای استاندارد 62.1 منطبق هستند.
تحریریه تیم فنی مهندسی به فیکس

