سیستم تهویه مطبوع و انواع سیستم های سرمایشی و گرمایشی

هدف از بکارگیری سیستم تهویه مطبوع یا HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning)، بهبود کیفیت هوا و شرایط دمایی محیط کار و زندگی افراد محسوب می‌شود. در واقع این سیستم ها دمای محیط را افزایش یا کاهش داده و با رساندن کیفیت هوا به حد مطلوب، سبب آسایش و آرامش افراد حاضر در مکان مورد نظر خواهند شد.

این سیستم ها دارای انواع مختلفی بوده که می‌توان آنها را به سیستم های تهویه مطبوع صنعتی، خانگی و یا متمرکز تقسیم بندی نمود. برای مثال؛ کولر گازی، کولر آبی، و داکت اسپلیت را می‌توان جزء سیستم های غیر متمرکز و چیلرها را نیز از سیستم های تهویه مطبوع متمرکز یا مرکزی به شمار آورد.

منظور از سیستم تهویه مطبوع چیست؟

به فرآیند کنترل دما، رطوبت و سرعت هوای داخل یک محیط، تهویه مطبوع اطلاق می‌گردد. در کل، ایجاد شرایط آسایش حرارتی را می‌توان نتیجه و هدف اصلی سیستم تهویه مطبوع به شمار آورد. غالباٌ از این سیستم ها به منظور داشتن یک شرایط هوای داخلی راحت و مطلوب با دمای مناسب برای افراد استفاده می‌گردد. در ادامه به معرفی اصلی‌ترین وظایف سیستم تهویه مطبوع خواهیم پرداخت.

• 1- پاکسازی و تمیز کردن هوای محیط مورد نظر
• 2- کنترل میزان دما با کمک سیستم سرمایشی یا گرمایشی
• 3- ضد عفونی هوای مرکز بیمارستانی و کلینیک های پزشکی
• 4- کنترل میزان رطوبت با خشک کردن هوا یا رطوبت دهی
• 5- کنترل میزان سرعت هوا در واحد
• 6- از بین بردن گازهای سمی و رفع بوی بد هوا

هر کدام از سیستم های تههویه مطبوع باید بتوانند کلیه موارد فوق را به خوبی انجام دهند. ولی بعضی از سیستم ها تنها برای گرمایش و برخی دیگر فقط برای سرمایش مورد استفاده قرار می‌گیرند. بنابراین، در صورت بکارگیری این نوع تجهیزات، باید جهت برخورداری از هوای مطلوب هم در مواقع سرد و هم گرم، از هر دوی آنها در ساختمان استفاده نمایید.

استفاده از HVAC چه مزایایی دارد؟

از مزایای سیستم تهویه مطبوع می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

• افزایش بهره وری: در صورت مناسب بودن هوای محیط، فرد احساس آسایش و راحتی بیشتری کرده و در نتیجه راندمان کاری وی بالا می‌رود و همین امر نقش موثری در افزایش میزان کیفیت فعالیت های اناج شده توسط فرد دارد.
• تاثیر مثبت بر سلامتی: ار آنجا که سیستم های تهویه مطبوع، تصفیه کننده هوا هستند و سبب ایجاد هوای سالم و پاکیزه در فضای داخل ساختمان می‌شوند، از این رو، کمک زیادی به سلامت روحی و جسمی فرد خواهند کرد.
• ایجاد سر و صدای کم: با توجه به بسته بودن پنجره ها در هنگام استفاده از سیستم های تهویه مطبوع، صدای بیرون کمتر وارد اتاق می‌شود. همچنین با بکارگیری عایق های صدا در محل های نصب تهویه مطبوع، می‌توان میزان صدا را به حداقل ممکن رساند.
• گردش هوا و ورود هوای تازه: دستگاه های دمنده سیستم های تهویه مطبوع، قادر به گردش هوا در محیط به جای باز کردن گنجره ها هستند.
• مقرون به صرفه بودن: دیگر نیاز به استفاده از چند دستگاه در طول سال، در صورت بکارگیری سیستم تهویه مطبوع نخواهد بود و می‌توان در هر فصلی تنها از یک دستگاه بهره گرفت.

اجزای تشکیل دهنده سیستم تهویه مطبوع

از اجزای اصلی سیستم های تهویه مطبوع می‌توان به؛ فن، فیلتر هوا، تجهیزات رطوبت زا، کانال، اگزاست فن، سیم پیچ، تجهیزات رطوبت زن، کنترل کننده ها، ورودی هوا به فضای باز، خروجی هوا، خنک کننده آبی، محفظه هوا، دیگ بخار، برج خنک کننده و واحد سرمایشی یا گرمایشی مستقل اشاره نمود.

معرفی انواع سیستم های تهویه مطبوع بر اساس نوع ساختار

نوع ساختار و محل قرارگیری سیستم های تهویه مطبوع را می‌توان یکی از روش های دسته بندی آنها دانست. بنابراین تجهیزات مورد استفاده در این شیوه را می‌توانیم در دو گروه سیستم های تهویه مطبوع متمرکز یا مرکزی و غیر متمرکز تقسیم بندی کنیم. در ادامه به شرح هر یک از این سیستم ها خواهیم پرداخت.

سیستم تهویه مطبوع مرکزی یا متمرکز

همانگونه که از نام این تجهیزات پیداست، در بخشی از ساختمان به شکل مرکزی به کار گرفته شده و پس از فراهم سازی انرژی گرمایش یا سرمایش مورد نظر، آن را به مکان های مختلف انتقال می‌دهند.

موتورخانه های مرکزی شوفاژ و چیلرها تجهیزاتی از این نوع به شمار می‌روند. کاهش هزینه‌های نهایی در مصرف انرژی را می‌توان از اصلی ترین مزایای این سیستم ها دانست. البته یکی از نکات قابل توجه در رابطه با این سیستم ها، مسئله نگهداری و سرویس مداوم آنها به جهت کارکرد دائمی شان می‌باشد که عدم توجه به آن می‌تواند سبب ایجاد خرابی هایی در این سیستم گردد. همچنین چیلرهای تراکمی و جذبی نیز به عنوان سیستم های سرمایش مرکزی دارای شرایط مشابهی هستند.

سیستم تهویه غیر متمرکز

این سیستم ها در هر واحد از ساختمان به شکل مستقل تعبیه شده و بنابراین، دارای عملکردی مستقل از تجهیزات سرمایشی و گرمایشی سایر واحدهای مسکونی هستند. به طور کلی این سیستم ها در دو نوع سرمایشی و گرمایشی در دسترس می‌باشند.

از سیستم های گرمایشی غیر متمرکز می‌توان به انواع بخاری ها و پکیج ها که وظیفه تأمین آب گرم و گرمایش را بر عهده دارند، اشاره نمود. همچنین پنکه، کولر گازی، کولر آبی، اسپیلت و داکت اسپلیت از سیستم های سرمایشی غیر متمرکز به شمار می‌روند.

دسته بندی سیستم های HVAC بر حسب درجه حرارت

• 1- سیستم گرمایشی: از جمله این سیستم ها می‌توان به پکیج دیواری و شوفاژ با دیگ آب گرم اشاره نمود. البته سیستم های با حرارت مرکزی، شومینه و بخاری نیز دارای چنین قابلیتی هستند، ولی این تجهیزات دارای نواقص بیشتر و کیفیت پاسخگویی پایین تری در مقایسه با سیستم حرارت مرکزی می‌باشند.
• 2- سیستم سرمایشی: کولر گازی، اسپیلت و کولر آبی از سیستم های سرمایشی تک فصلی بوده که عملکرد آنها بر مبنای چرخه تبرید است و در کل سیستم های متفاوتی هستند.
• 3- سیستم های سرمایشی گرمایشی: از جمله این تجهیزات می‌توان به مینی چیلر، چیلر، سیستم VRF، هواساز و فن کویل اشاره نمود که امکان استفاده از آنها هم در فصل گرم و هم در فصل سرد سال وجود دارد. نحوه کارکرد این سیستم بدین صورت است که در آنها یا از سیستم یکپارچه دو فصلی و یا از دو سیستم مجزای تابستانی و زمستانی به شکل همزمان استفاده می‌شود. این نوع سیستم ها در مناطق سردسیر یا گرمسیر فاقد کاربرد بوده و بایستی در این مناطق از سیستم های تک فصلی استفاده گردد.

معرفی سیستم های تهویه مطبوع بر حسب سیال مورد استفاده در آنها

به طور کلی می‌توانیم بگوییم که عملکرد سیستم های تهویه مطبوع بر مبنای یک نوع سیال مشخص بوده و گرما و سرما را به محیط های مورد نظر از طریق آن انتقال می‌دهند. از این رو، تقسیم بندی سیستم های تهویه مطبوع مطابق با نوع سیال به صورت زیر انجام می‌شود.

• سیستم تهویه مطبوع تمام هوا: این سیستم تنها سیستمی است که توانایی فراهم نمودن تهویه مطبوع و کاملی را دارد، ولی یکی از معایب اصلی آن حجم زیاد تجهیزات و کانال های آن جهت انتقال هوا به شمار می‌رود. به عبارت دیگر، عمل تهویه در این دستگاه از طریق کانال های هوا صورت می‌گیرد.
  نحوه عملکرد این دستگاه بدین شکل است که پس از اینکه سیال ناقل برودت و حرارت را به درون کویل دستگاه هواساز پمپ می‌کند، به سرد یا گرم کردن هوای عبوری از روی کویل که توسط فن انجام می‌شود، پرداخته و سپس عمل توزیع هوا از طریق کانال های هوای سقفی به درون فضاهای تهویه شونده صورت خواهد گرفت.
  البته باید بگوییم که تصفیه فیزیکی، رطوبت گیری یا رطوبت زنی هوای عبوری از روی فن همواره انجام شده و سپس در مرحله بعد به درون فضا منتقل می‌گردد. علت اینکه به این سیستم تمام هوا اطلاق می‌گردد این است که نیازی به لوله کشی کلیه فضاها چه از نوع سرد و چه از نوع گرم نخواهد بود.
• سیستم تهویه مطبوع تمام آب: ناقل حرارت در این سیستم ها، آب بوده که گرم شدن آن طی فرآیند مشخصی در درون موتورخانه از طریق دیگ بخار صورت می‌گیرد. در این فرآیند برای گرم کردن آب از دیگ بخار و برای سرد کردن آن نیز از چیلر استفاده می‌شود. پس از آن، آب گرم و سرد تولیدی به درون کویل ها منتقل شده و در همان حین نیز با عبور باد بزن از روی کویل، سرما یا گرمای اتاق و در کل تهویه فضای مورد نظر انجام می‌گیرد.
• سیستم تهویه مطبوع آب و هوا: به طور کلی سرمایش در این نوع سیستم ها از طریق آب و گرمایش نیز به وسیله هوا صورت می‌گیرد. این روش برای ساختمان های بزرگ یا در مکان هایی که حجم لوله کشی افزایش پیدا کرده و در نتیجه درجه حرارت آب افت می‌یابد، گزینه مناسبی تلقی می‌شود. معمولاً در این روش گرما به دو صورت گرمایش با آب گرم که دمای آن 90-70 درجه سانتیگراد بوده و همچنین روش آب داغ که کل سیستم دمای آب را به میزان 180 درجه سانتی گراد با تحت فشار قرار دادن سیستم افزایش می‌دهد، صورت خواهد گرفت.

معرفی سیستم های تهویه مطبوع بر مبنای اندازه دستگاه و محل نصب

انواع سیستم تهویه مطبوع با توجه به محل نصب و اندازه دستگاه به سه نوع ناحیه ای، محلی و مرکزی تقسیم می‌شوند.

1- سیستم تهویه مطبوع محلی؛ این نوع سیستم در فضای مورد نظر نصب شده و کل آن را پوشش می‌دهد و به صورت مستقل است. در واقع یک نوع از این سیستم برای یک منطقه مورد نظر به کار می‌رود.

2- سیستم تهویه مطبوع مرکزی؛ به منظور کنترل تهویه چندین فضا توسط یک کنترل کننده اصلی در یک اتاق، از این نوع سیستم استفاده می‌شود. در این اتاق اصلی سیستم مادر وجود دارد و با اینکه ممکن است از فضای مورد نظر دور باشد ولی می‌تواند کلیه آنها را تحت پوشش قرار دهد.

3- سیستم تهویه مطبوع ناحیه ای؛ این سیستم قادر به پوشش دهی چندین منطقه بوده و از آن برای چندین ناحیه استفاده می‌گردد.

معرفی پرکاربردترین سیستم های HVAC

1- چیلر؛

دستگاه چیلر با استفاده از فرآیندهایی نظیر تبرید جذبی یا تراکمی، به جذب حرارت و گرما از مایع پرداخته و آن را در دستگاه انتقال خواهد داد. مایع جذب شده توسط چیلر به منظور خنک سازی دستگاه های صنعتی و سیستم سرمایشی ساختمان های مسکونی، اداری و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در واقع این دستگاه در سیستم تهویه مطبوع، نقش خنک کردن آب مورد نیاز برای تأمین هوای خنک ساختمان را بر عهده دارد. چیلرها دارای دو نوع تراکمی و جذبی هستند. در نوع تراکمی سرما و خنک سازی از طریق انرژی الکتریکی و در نوع جذبی چیلر نیز این کار به کمک انرژی حرارتی صورت می‌گیرد.

2- کولر گازی؛

یکی دیگر از دستگاه های سیستم تهویه مطبوع، کولر گازی است که با گرفتن هوای داخل ساختمان و هدایت آن به فضای خارج سبب خنک سازی محیط مورد نظر خواهد شد. در واقع این دستگاه سرما و برودت را از طریق سیکل تبرید تراکمی ایجاد می‌کند. کولرهای گازی را می‌توان به 2 دسته کولرهای یک تکه و کولرهای دو تکه (اسپیلت) تقسیم بندی نمود.

3- کولر آبی؛

سرمایش تبخیری را می‌توان اساس کار کولرهای آبی دانست. یعنی هوا میان پوشال های مرطوب محاصره شده و با جذب رطوبت سردتر می‌شود و سپس این هوای سرد از کانال ها و فن کولر به فضاهای بسته منتقل خواهد شد. از کولر آبی به دلیل عدم جذب رطوبت کافی، برای سرمایش در مناطق مرطوب استفاده نمی‌شود. این نوع کولرها تنها در منازل مسکونی به علت نداشتن سیستم کنترل دما و سادگی به کار می‌روند.

4- اسپلیت؛

در کولر اسپیلت نیز همانند کولر گازی مکانیزم سرمایش بر اساس سیکل تبرید تراکمی است. ولی اسپیلت دارای قابلیت تنظیم دما بوده و همچنین از سر و صدای کمتر (به جهت دور بودن از محل کمپرسور) و مصرف انرژی پایین تری برخوردار است و گزینه مناسبی برای استفاده در مجتمع های تجاری و اداری محسوب می‌شود.

5- پکیج؛

دستگاه پکیج به تنهایی توانایی انجام کلیه وظایف موتورخانه را دارد. امروزه افراد به جهت فضای زیادی که توسط موتورخانه ها اشغال می‌شود و همچنین نیاز به دقت کافی جهت سرویس و نگهداری آنها، به سراغ پکیج می‌روند. این دستگاه آب گرم لازم شوفاژ و همچنین آب گرم مصرفی هر کدام از واحدهای ساختمان را به شکل مجزا و مستقل تأمین می‌کند. مصرف انرژی پایین و بازدهی بالا را می‌توان از دیگر مزایای پکیج نسبت به موتورخانه دانست.

6- موتورخانه؛

در این بخش از ساختمان، کلیه سیستم های تهویه مطبوع و همچنین سیستم های سرمایشی و گرمایشی جای می‌گیرد. لازم به ذکر است که ابعاد موتورخانه باید از همخوانی لازم با ابعاد ساختمان برخوردار باشد.

7- داکت اسپلیت؛

یکی دیگر از سیستم های سرمایشی گرمایشی، داکت اسپیلت است که محیط را در فصل گرم تابستان خنک کرده و در فصل سرد زمستان نیز گرم می‌کند. کندانسور و هواساز را می‌توان دو بخش اصلی داکت اسپیلت ها دانست. کندانسور از کمپرسور، دینام، چند قطعه پروانه و غیره تشکیل شده و هواساز نیز شامل کویل، فیلتر، اواپراتور، دینام، پروانه، سینی و …. می‌باشد.

نصب هواساز داکت اسپیلت به شکل توکار درون سقف صورت گرفته و سپس این سیستم به انتقال هوا به اتاق ها و سایر مکان ها با کمک کانال کشی خواهد پرداخت. عملکرد داکت اسپیلت جهت خنک سازی محیط، مشابه اسپیلت و کولر گازی بوده، اما از گردش آب گرم داخل داکت اسپیلت برای گرم کردن محیط استفاده می‌کند.

8- فن کویل؛

این دستگاه به عنوان بخشی از سیستم تهویه مطبوع موجود در ساختمان های صنعتی، تجاری، مسکونی و غیره، از فن و مبدل حرارتی تشکیل شده است. فن کویل قادر به تنظیم درجه حرارت محیط اطراف خود با مکش هوای موجود و به کمک یک سوئیچ دستی خاموش و روشن یا یک ترموستات می‌باشد.

به این صورت که ترموستات، دمای مطلوب را با فرمان دادن به شیر کنترل یا فن، جهت تغییر میزان دبی آب ورودی به کویل ها یا تغییر دور فن تنظیم می‌کند. به طور کلی تغذیه دستگاه های فن کویل با آب سرد و گرم از طریق دیگ های مرکزی و چیلر صورت می‌گیرد. نصب فن کویل به سادگی امکان پذیر بوده ولی به هر حال به تعمیر و نگهداری مداوم جهت اطمینان از عملکرد آن نیاز دارد.

9- هواساز؛

جهت تهویه مطبوع محیط ها و ساختمان های مختلف و به منظور تنظیم و کنترل دما، کیفیت و رطوبت هوا از هواساز استفاده می‌شود. به عبارت دیگر، این دستگاه قادر به تأمین هوای مورد نیاز برای محیط های مختلف از لحاظ درجه حرارت، رطوبت و کیفیت مطلوب خواهد بود.

هواساز را می‌توان از اجزای اصلی سیستم تهویه مطبوع در نظر گرفت. چرا که استفاده از این دستگاه در ترکیب با دستگاه هایی همچون چیلر، بویلر و غیره امکان پذیر است. فرآیند فیلتراسیون و افزایش کیفیت هوا به کمک فیلترهای متعدد تعبیه شده در این دستگاه، از قابلیت های ویژه آن محسوب می‌شود.

VRF: یکی از پیشرفته ترین سیستم های تهویه مطبوع مولتی اسپیلت بدون کانال، سیستم VRF است که کاربرد آن در ساختمان های تجاری می‌باشد. قیمت این محصول نسبت به سایر سیستم های سرمایشی موجود بالاتر بوده، اما از طول عمر بیشتری نیز برخوردار است. از این رو، VRF گزینه خوبی جهت استفاده در فضاهای عمومی به شمار می‌رود.

در سیستم تهویه مطبوع VRF، اتصال واحدهای داخلی زیادی به هر واحد خارجی صورت می‌گیرد. تولید گرمایش و سرمایش همزمان و بازیابی گرما را می‌توان یکی از اصلی ترین وظایف VRF دانست. این سیستم از کمپرسور DC اینورتر جهت تأمین سرعت متغیر موتور و در نتیجه جریان مبرد متغیر استفاده می‌کند. سیستم VRF در شرایط بار جزئی تا بیش از 55 درصد قادر به صرفه جویی در مصرف انرژی خواهد بود.

آشنایی با نحوه انتخاب نوع سیستم تهویه مطبوع

پارامترهای زیادی در انتخاب سیستم تهویه مطبوع نقش دارند. در انتخاب نوع سیستم تهویه مطوبع برای یک پروژه به موارد زیر توجه کنید:

• 1- توجه به مشخصات بخش خارجی ساختمان از قبیل؛ رطوبت، تابش خورشید، سایه، دما و باد.
• 2- قابلیت ساختمان جهت ذخیره سازی حرارت اکتسابی.
• 3- امکانات مالی سازمان سرمایه گذار یا شخص.
• 4- در نظر گرفتن تغییرات حرارتی داخل ساختمان مثلاً حرارت چراغ ها و ساکنین.
• 5- هدف و موقعیت مکانی ساختمان یا فضا.
• 6- انتظارات کارفرما در رابطه با کیفیت هوای محیط.
• 7- جنبه های فیزیکی ساختمان یا فضا از لحاظ هماهنگی با سیستم تهویه مطبوع، تجهیزات و تنظیم عملکرد سیستم تحت بار حرارتی جزئی که به انتخاب نوع سیستم تهویه مطبوع بستگی دارد.
• 8- ظرفیت پیش سرمایش به منظور کاهش اندازه دستگاه های تهویه مطبوع و یا سرمایش جزئی ساختمان.

هر چند امکان بکارگیری هر یک از سیستم‌های تهویه مطبوع از لحاظ تئوری برای هر ساختمانی وجود دارد، اما عملاً به جهت وجود فاکتورهایی از قبیل؛ هزینه های بهره برداری و سرمایه گذاری، طرح معماری موقعیت مکانی ساختمان، محدودیت فضا و مکان، تعداد سیستم های تهویه مطبوع مناسب برای هر ساختمان محدود می‌شود.

به طور معمول، در ساختمانی با سیستم گرمایشی و سرمایشی و تهویه ساده و ظرفیت مناسب، هزینه تعمیر، نگهداری و بهره برداری به نسبت کمتر خواهد شد.

از سیستم های تهویه مطبوع به طور معمول در ساختمان‌های آموزشی مانند؛ دانشگاه ها، مهدکودک ها و مدارس، در ساختمان های تجاری و عمومی همچون کتابخانه ها، ادارات و مراکز حمل و نقل، ساختمان های اقامتی از قبیل هتل ها و خوابگاه ها، ساختمان های تجمعی نظیر استادیوم ها و آمفی تئاترها، ساختمان های مسکونی چند واحدی، تک واحدی و آپارتمانی و همچنین مراکز بهداشتی و درمانی مانند بیمارستان ها و غیره استفاده می‌گردد.

نتیجه گیری

همانگونه که در مطالب فوق ذکر شده، سیستم های تهویه مطبوع را می‌توان یکی از بخش های مهم یک ساختمان تجاری، شهری و صنعتی به شمار آورد که هدف از بکارگیری آن کنترل میزان رطوبت، دما و کیفیت هوای داخلی ساختمان می‌باشد.

در حقیقت وجود چنین سیستم هایی در ساختمان که یک فضای راحت جهت انجام فعالیت های شخصی و امور را فراهم می‌کند، از اهمیت بالایی برخوردار است. علاوه بر آن، توجه ویژه ای در خرید و انتخاب سیستم تهویه مطبوع مناسب به خرج داد.