سیستم گرمایشی و سرمایشی
این مقاله دربارهٔ گرمایش و سیستم‌های تهویه است؛ HVAC ممکن است به معنی جریان متناوب ولتاژ بالا نیز اشاره داشته باشد
با تهویه مطبوع اشتباه نشود.
کانالهای هوا نقش مهمی در سیستم‌های اچ‌وی‌ای‌سی بعهده دارند
اچ‌وی‌ای‌سی یا اچ واک (به انگلیسی: HVAC) مخفف حروف ابتدایی ‘Heating, Ventilating and Air Conditioning که به مجموعه فن آوری‌های مربوط به «گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع» اطلاق میشود که در برگیرنده فناوری‌های مربوط به ایجاد آسایش از طریق تهویه و ایجاد شرایط دمایی مطبوع برای محیط‌های داخلی ساختمان است. طراحی سیستم‌های اچ‌وی‌ای‌سی یکی از زیرگروه‌های اصلی مهندسی مکانیک و بر اساس اصول ترمودینامیک، مکانیک شاره‌ها و انتقال گرما شکل گرفته‌است. گاهی بحث مربوط به سردسازی (Refrigeration) نیز به آن اضافه میشود و نام آن به صورت اچ‌وی‌ای‌سی‌آر (HVACR) یا اچ‌وی‌ای‌سی و آر (HVAC&R) بیان میشود حتی در برخی موارد بحث تهویه (ventilating) از آن حذف شده و به صورت اچ‌ای‌سی‌آر (HACR) نیز به‌کار می‌رود. اچ‌وی‌ای‌سی نقش مهمی در طراحی ساختمان‌های اداری و صنعتی متوسط تا بزرگ مانند آسمان‌خراش‌ها و محیط‌های دریایی مانند آکواریوم‌ها، که ایمنی و سلامت محیطی تابع تغییرات رطوبتی و دما است، دارد.
۱- HVAC چیست؟
HVAC (اِچ وَک) مخفف Heating ،Ventilation و Air Conditioning است.
که به مجموعه فرآیندها و فناوری های مرتبط با گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع اشاره دارد.
HVAC در سیستم های مختلفی از جمله ماشین آلات و فن آوری های مورد استفاده
در مکان هایی مثل خانه ها، دفاتر، راهروها و سیستم های حمل و نقل که
باید بر اساس مقررات زیست محیطی طراحی شده باشند،
به کار رفته تا کیفیت گرمایش و هوا را بهبود دهد.
یک سیستم HVAC مناسب، کیفیت تهویه و عبور هوا را افزایش داده
و فشار هوای بین قسمت های مختلف را تنظیم میکند.
در این سیستم، مفهوم انتقال هوا و حذف آن از یک فضا، به معنی توزیع هوا در آن محیط است.
فهمیدیم HVAC چیست و چه کاربردهایی دارد. حال با قسمت های مختلف یک سیستم HVAC و کارکردهایشان آشنا میشویم.
تاریخچه سیستم HVAC
پایه و اساس صنعت گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع به واسطه اختراعات و اکتشافات افرادی مانند مایکل فارادی، ویلیس کریر، روبن‌ترین، جیمز ژول، ویلیام رانکین و نیکولا سعدی کارنو گذاشته شده است.
اختراع دستگاه‌های مرتبط با سیستم HVAC همزمان با شروع انقلاب صنعتی، بهره‌گیری از روش‌های جدید مدرن سازی، دستیابی به بهره‌وری بالاتر و ایجاد سیستم‌های کنترل توسط مخترعان و شرکت‌های مختلف در سراسر جهان به طور پیوسته آغاز شد. ارتباط سه عامل گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع باعث فراهمآوری آسایش و حرارتی در ساختمان‌ها، کیفیت مناسب هوای داخل ساختمان‌ها و هزینه‌های مناسب مربوط به نصب، راه‌اندازی و تعمیر و نگهداری این سیستم‌ها شد. این سیستم‌ها عمل تهویه را با کاهش نفوذ هوا و حفظ فشار در میان محیط‌های مرتبط با هم انجام می‌دهند. چگونگی پخش و جمع‌آوری هوا در محیط‌ها،باعنوان سامانه «توزیع هوا در محیط» شناخته میشود. سرمایه‌گذاری جهانی در صنعت سیستم HVAC از طریق ایجاد فرصت‌های شغلی برای راه‌اندازی و تعمیر و نگهداری، طراحی و ساخت، ساخت و فروش قطعات و آموزش و تحقیقات در این سیستم‌ها صورت می‌گیرد.
روش عملکرد سیستم تهویه مطبوع
تمامی مدل های سیستم های تهویه مطبوع به یک روش عمل نمی کنند. بعضی از این مدل ها سریع تر عمل می کنند در حالی که بعضی از مدل های دیگر برای محیط های بزرگتری به کار می روند.
به طور خلاصه، هر سیستمی در شرایط مشخصی عملکرد بهینه تری دارد.
– انواع سیستم HVAC
امروزه این سیستم ها در چهار نوع مختلف در سایزهای متفاوت و متناسب با مکان های مسکونی و کاری، در دسترس هستند.
۱-۲ اسپلیت های گرم کننده و خنک کننده (Heating and Cooling Split Systems)
- اسپلیت های مرکزی رایج ترین نوع سیستم های HVAC هستند.
- سیستم به دو بخش اصلی تقسیم میشود: یک بخش برای گرمایش و یک بخش برای خنک کننده.
- شامل دستگاه هایی است که در داخل و خارج از ساختمان نصب میشوند.
- سیستم خنک کننده خارج از ساختمان قرار دارد و شامل مبرد (refrigerant)، کمپرسورها(compressors) و کویل ها (coils) است.
- خنک کننده با استفاده از کانالها (Supply ducts) هوای تازه را به محیط منتقل میکند.
- یک فن هوای گرم را از طریق کانالهای برگشت (return ducts) به بیرون از ساختمان هدایت میکند.
- گرم کننده در این سیستم ها معمولا در زیرزمین ساختمان قرار دارد و برای گرم کردن خانه از گاز استفاده میکند.
۲-۲ اسپلیت های هیبریدی (Hybrid Split System)
- عملکرد آن مشابه سیستم قبلی ولی با تفاوت در نوع سیستم گرمایش است.
- در آن از سیستم گرمایش الکتریکی هیبریدی (electric hybrid heating system) استفاده شده است.
- در هر زمانی می توان انتخاب کرد که گرمایش با استفاده از انرژی ناشی از سوخت گازی تامین شود یا با استفاده از نیروی برق.
- میتوان با استفاده از سلول های خورشیدی آب را به طور مستقیم گرم و یا برق مورد نیاز در سیستم گرمایش را تولید کرد.
- مصرف انرژی و هزینه ها به دلیل امکان انتخاب نحوه گرمایش کاهش می یابد.
۳-۲ اسپلیت های کوچک بدون کانال (Ductless Mini-Split)
اسپلیت های کوچک یا بدون کانال، را می توان به طور مستقل در هر واحد یا محیطی نصب و کنترل کرد.
- دستگاه ها یا پانل ها بر روی دیوار در داخل ساختمان نصب شده و معمولا به یک کمپرسور در فضای باز متصل میشوند.
- در این نوع سیستم ها نیازی به استفاده از تاسیسات حرارتی و کانال ها نیست.
- استفاده از این نوع به خصوص در شرایطی که یک بخش یا اتاق جدید به ساختمان اضافه شده باشد، رایج است.
- نصب آن آسان و امکان کنترل گرمی یا سردی هوای یک اتاق به طور مستقل از دیگر مکانها وجود دارد.
- روشن و کنترل کردن سیستم مربوط به هر اتاق یا محیط مورد استفاده، و خاموش بودن دستگاه های موجود در سایر اتاق ها منجر به کاهش مصرف انرژی و هزینه ها میشود.
- از آنجا که تعمیرات اساسی و جایگزینی دستگاه ها هزینه زیادی دارد، سرویس و تمیز کردن منظم و دائمی این سیستم ها بسیار مهم است.
۴-۲ سیستم پکیج (Packaged Heating & Air Conditioning System)
- این سیستم شامل کمپرسور و کندانسور در یک دستگاه است.
- معمولا در اتاق زیر شیروانی یا بالکن نصب شده و برای خنک کردن و گرمایش خانه استفاده میشود.
- اندازه جمع و جور آنها را برای فضاهای کوچک یا خانه ها کاربردی است.
- دستگاه اضافه ای برای نصب در بیرون از ساختمان وجود ندارد.
- نصب، راه اندازی و نگهداری آسانی دارند و گرمایش در آنها با استفاده از انرژی گاز و یا نیروی برق فراهم میشود.
یاد گرفتیم HVAC چیست و با انواع مختلف آن آشنا شدیم.
در انتها این نکته را به یاد داشته باشید که:
HVAC باید متناسب با نیاز، کارایی و محیطی که میخواهید در آن استفاده کنید، انتخاب شود.
استفاده از اسپلیت های مرکزی در ساختمان های بزرگ و اداری بسیار رایج است،
ولی بهره وری انرژی در اسپلیت های هیبریدی بیشتر است.
مینی اسپلیت ها، شیک و زیبا هستند و برای استفاده در واحدهای مسکونی مناسب اند.
و استفاده از پکیج ها برای مکان های کوچک و در مناطق با هوای گرم که نیازی به سیستم های تامین حرارت بالا ندارند، کارآمد است.
هدف از سیستم تهویه مطبوع
سیستم تهویه مطبوع چیست و چه کاربردی دارد؟
اگر بخواهیم هدف واقعی سیستم های تهویه مطبوع را بازگو کنیم باید گفت:
که هدف فقط ایمنی، سلامتی و آسایش بدون در نظر گرفتن شرایط آب و هوایی محیط می باشد.
در مکان های مسکونی و اداره ای، تجاری، صنعتی و… برای تهویه مطبوع ساختمان ها بدون اینکه به شرایط آب و هوا توجه کنند.
البته ایمنی و سلامت در آکواریوم ها و آسمان خراش ها نیز بر عهده سیستم های تهویه مطبوع می باشد.
هدف از سیستم های تهویه مطبوع این است که:
- دمای محیط توسط سیستم های سرمایشی و گرمایشی کنترل شود.
- با کمک سیستم های تهویه مطبوع رطوبت محیط کنترل می شود.
- سیستم های تهویه سرعت و تصفیه ها را به خوبی کنترل می کنند.
- یکی دیگر از اهداف سیستم های تهویه مطبوع ضدعفونی کردن و ایزوله کردن هوای محیط های پزشکی می باشد.
مقدار انرژی مصرفی در سیستم HVAC
مقدار انرژی مصرفی به عوامل مختلفی مانند آب و هوای منطقه، سایز HVAC مورد استفاده، میزان استفاده از HAVC، نوع سوخت مصرفی در HVAC و میزان کارایی آن بستگی دارد.
نحوه انتخاب سیستم HVAC
سیستم های تهویه مطبوع انواع متعددی دارند که ملاحظات مربوط به هر یک از آن ها انتخاب یک سیستم مناسب را کمی مشکل می کند . ولی با داشتن تجربه کافی به راحتی می توان بر این مشکل غلبه کرد .
در این میان عواملی مانند کاربری ساختمان ، نیاز های خاص کارفرما یا تغییر شرایط آب و هوایی از جمله مواردی است که انتخاب سیستم مناسب را بیش از پیش دشوار می سازد . در ادامه این بخش به توضیح مختصری در خصوص عواملی موثر بر انتخاب سیستم های تهویه مطبوع می پردازیم و با ارائه روشی که می تواند طراحان را برای انتخاب سیستم یاری دهد بحث را خاتمه می دهیم .
به طور کلی عوامل موثر در انتخاب یک سیستم تهویه مطبوع عبارتند از :
طراحی ساختمان موقعیت محل ملاحظات اقتصادی ودر دسترس بودن تجهیزات نیازهای فضای داخل و بارهای مربوط نیاز های خاص کارفرما طراحی ساختمان طراحی ساختمان تاثیر به سزایی بر انتخاب سیستم تهویه مطبوع و ملاحظات مربوط به آن دارد . به عنوان مثال اگر فضای بسیار کمی برای اجرای شبکه کانال در ساختمان وجود داشته باشد استفاده از سیستم های تمام هوا تا حد زیادی با محدودیت روبه رو می شود . موقعیت محل موقعیت محلی که سازه در آن قرار دارد تعیین کننده عواملی مختلفی است که اصلی ترین آن شرایط آب و هوایی است .
برای شرایط مختلف ممکن است مواردی مانند عوامل زیر اهمیت داشته باشند : وضعیت منطقه نیاز سرمایش در گرم ترین روز تابستان وضعیت رطوبت در فصل تابستان سرعت باد ساعات تابش میزان معمول بارش برف ملاحظات اقتصادی و در دسترس بودن تجهیزات امکانات و هزینه ممکن برای ساخت تاثیر مستقیمی بر طراحی سیستم تهویه مطبوع دارد .
مثلا تامین آب سرد از ساختمان کناری بهتر از اجرای یک سیستم سرمایشی در داخل ساختمان است . از طرفی کاهش مصرف برق در زمان اوج مصرف نیز معمولا هدف طراحان قرار می گیرد . نیاز های فضای داخل و بارهای مربوط عواملی مانند فضای داخل و معیارهای مورد نیاز درداخل ساختمان مشخص می کنند که برای طراحی سیستم تهویه مطبوع باید چه عواملی را در نظر گرفت . بار حرارتی و رطوبت : عواملی مانند تعداد افراد حاضر در ساختمان و گرمای تولید شده به واسطه کارکرد تاسیسات روشنایی و سایر تجهیزات بر نیاز گرمایشی و سرمایشی فضای داخل تاثیر می گذارد .
تهویه هوای خارج : منابع آلاینده مانند خود ساکنان یا مواردی دیگر چون پخت و پز نیازهای داخل را تحت تاثیر قرار می دهند . منطقه بندی : منطقه بندی بخش های مختلف ساختمان تاثیر مستقیمی بر چگونگی طراحی سیستم تهویه مطبوع دارد . در برخی از کاربرهای خاص محدودیت های داخلی دیگری نیز وجود دارد . به عنوان مثال در استدیوی ضبط صدا نیازی به سیستمی بی صدا با لرزش بسیار کم وجود دارد . نیازهای خاص کارفرما به عنوان یک اصل کلی ، هر ساختمان چه در حین ساخت و چه در حین استفاده هزینه دارد. وظیفه طراح در تمامی مراحل این است که هزینه های مرتبط با هر مرحله را به درستی در نظر بگیرد .
مثلا کاربر می تواند یک سرمایه گذاری اولیه کم با هزینه جاری بالا یا بالا یا یک سرمایه گذاری اولیه بالا در ازای هزینه های جاری کم را برای برای ساختمان در نظر بگیرد . دسترسی به موارد اولیه نیز یکی دیگر از عوامل به شمار می رود که در این تصمیم ایفای نقش می کند . به عنوان مثال سیستمی که قرار است در یک مکان دور افتاده نصب شود باید ساده در عین حال قابل اعتماد باشد.
مگر در صورتی که مواد اولیه برای ساخت در آن مکان کاملا فراهم باشد. از طرف دیگر ، طراح باید سیستم مدنظر کاربر و نیازهای آن را به خوبی بداند و از پیش زمینه های ذهنی در رابطه با سیستم هایی که تا به حال تجربه استفاده از آن ها را داشته است آگاهی داشته باشد. انتخاب سیستم بعداز در نظر گرفتن تمامی عوامل بالا ، اولین قدم در هنگام انتخاب سیستم ، محاسبه ظرفیت های مورد نیاز و طبقه بندی فضاهای داخل ساختمان است . شناخت نوع بار یکی دیگر از عواملی است که در انتخاب سیستم نقش دارد .
جهت گزینش سیستم HVAC مناسب، در نظر گرفتن فاکتورهای زیر از اهمیت ویژه ای برخوردار است:
- اندازه و سن محیطی که این سیستم قرار است در آن استفاده شود.
- تعداد اتاق هایی که نیاز به تهویه مطبوع دارند.
- درجه حرارت و دمای آب و هوای محلی.
- هزینه های مربوط به سرمایش و گرمایش
- نوع سیستم متناسب با نیاز شما
- گارانتی محصول
تجهیزات مورد استفاده در HVAC
تجهیزاتی که جهت گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع به کار برده می شود شامل تجهیزات زیر می باشند:
- موتور دمپر
- شیر سه راهه موتوری
ترموستات
- شیر فن کویل
- سنسور دما و رطوبت
- کنترل دما و رطوبت
- تله بخار
- فلوسوئیچ