تعریف تهویه مطبوع:
تهویه مطبوع مجموعه ای از فرایندها است که روی هوا انجام می گیرد تا هوای اطراف را به شرایط ایده ال محل مورد نظر برای زندگی، کار و امور صنعتی ، نزدیک کند. تولید هوا با دما و رطوبت معین، تصفیه هوا و گردش هوا از وظایف یک سیستم تهویه مطبوع است که موجب می شود هوای محیط مورد نظر را در شرایط مطلوب آن محیط نگه داشت، که این شرایط می تواند بصورت اتوماتیک ثابت بماند و یا تغییر نماید.
اهمیت تهویه مطبوع
تهویه مطبوع شاخه ای از رشته مهندسی مکانیک است. وظیفه آن تأمین شرایطی است آسایش انسان را در محیط مورد نظر فراهم آورد. تامین شرایط خاص برای هوا در محیط های صنعتی هم بسیار حائز اهمیت است زیرا برای انجام فرایند های خاصی نیاز به هوایی با دما و رطوبت معین دارند مانند:
- کارخانجات مواد غذایی و نگهداری مواد مختلف تامین هوای تمیز، با دما و رطوبت معین حیاتی است
- دیتا سنترها که دربرگیرنده مهم ترین تجهیزات داده و دستگاههای کامپیوتری هستند نیازمند هوایی با دمای و رطوبت معین می باشند
- گلخانه ها و مراکز پرورش گیاهان یا حیوانات مانند صنعت جوجه کشی تامین هوا با دما و رطوبت معین ضروری است.
- مراکز پزشکی، درمانگاه و بیمارستان ها همواره نیاز به ضد عفونی کردن هوا ، ایزوله کردن هوا و تامین شرایط دمایی خاص خود را دارد.
هدف از تهویه مطبوع
تهویه مطبوع از روشهای مختلف شرایط مطلوب را در محیط‌های مسکونی، صنعتی، تجاری، پزشکی، اداری و برای انسان تامین می کند ( در هر شرایط آب و هوایی که باشد) :
- کنترل دمای محیط با سیستم سرمایش و گرمایش دهی
- کنترل رطوبت با سیستم خشک کردن و رطوبت دهی
- کنترل سرعت وزش هوا و تصفیه هوا
- به‌وجود آوردن هوای پاک و سالم
- ضد عفونی و ایزوله کردن هوا در محیط‌های پزشکی و بیمارستان‌ها.
همچنین تهویه مطبوع نقش مهمی در آسمان خراش‌های بزرگ و محیط‌های دریایی مانند آکواریوم‌ها که ایمنی و سلامت محیطیشان وابسته به تغییرات دما و رطوبت است ایفا می‌کند.
در اصل طراحی سیستم‌های HVAC از یکی از زیر گروهای اصلی مهندسی مکانیک و بر اساس اصول ترمودینامیک، مکانیک شاره هاو انتقال گرما به‌وجود آمده‌است. برای عملیات تهویه مطبوع دستگاهی با ظرفیت مناسب نصب و در طول سال کنترل می شود. ظرفیت دستگاه با حداکثر بار لحظه‌ای واقعی تعیین می‌شود و نوع کنترل هم با توجه به شرایط ( که باید در طی مدت اعمال پیک بار و بار جزئی تأمین شود) تعیین می‌شود. تخمین بار یکی از عوامل بهینه‌سازی مصرف انرژی است. یک چرخه خنک سازی شامل موارد ذیل است:
- مبدل حرارتی
- شیر انبساط گرمایی
- اواپراتور
- کمپرسور
تهویه مطبوع معمولاً شامل: سرمایش، گرمایش، رطوبت زنی و رطوبت زدائی و تصفیه هوا می‌باشد.
اجزا سیستم تهویه مطبوع
اجزای بکار رفته در سیستم‌های تهویه عبارتند از:
منابع تولید سرما: در همه سیستم‌های مکانیکی ایجاد سرمایش تنها از طریق برودت تبخیری امکانپذیر است و هرچه سرعت تبخیر یک ماده بیشتر باشد میزان سرمایش ایجاد شده توسط آن نیز بیشتر خواهد بود.
منابع حرارت : معمولاً با مصرف سوخت یا برق حرارت تولید می‌کنند و بر اساس نوع سیالی که گرم می‌شود متفاوت می باشد.
پمپ‌ها: این دستگاه‌ها وظیفه به حرکت درآوردن سیال را دارند. پمپ‌هایی که سیال مایع را به حرکت درمی‌آورند معمولاً از نوع پمپ‌های حلزونی هستند و پمپ‌هایی که سیال گاز را به حرکت درمی‌آورند، فن یا بادزن نامیده می‌شوند و در دو نوع جریان محوری و جریان عمودی به کار می‌روند.
مخزن انبساط: این قسمت فقط در سیستم‌های تمام آب وجود دارند. در سیستم‌های تمام آب چون مدار حرکت سیال بسته می‌باشد با تغییر دمای سیال موجود در سیستم و تغییر حجم آن به اتصالات سیستم و کل مدار فشار وارد شده و ممکن است باعث ایجاد اشکال در سیستم شود. منبع انبساط قطعه‌ای است که وظیفه کنترل تغییر حجم سیال را به عهده دارد.
دستگاههای رطوبت زن و رطوبت گیر
کویل‌ها: کویل‌ها در واقع محل تبادل حرارت در سیستم‌های سرمایش گرمایش هستند.
فن و هواکش‌ها: هواکش‌ها به نوعی قلب تپنده دستگاههای تهویه مطبوع به‌شمار می‌روند. اصولاً وظیفه جابه جایی هوای گرم یا سرد عبوری از کویل‌ها یا هوای تمیز شده توسط فیلترها در دستگاههای تهویه مطبوع به عهده هواکش‌ها است. هواکش‌های بکار رفته در دستگاه های تهویه مطبوع از دو نوع هواکش‌های سانتریفیوژ یا هواکش‌های جریان محوری است.
انواع سیستم‌های تهویه مطبوع
تهویه مطبوع به سیستمی گفته می‌شود که بتواند سه فاکتور دما، رطوبت و سرعت جریان هوا را کنترل کند. بر اساس نوع سیال می‌توان سیستم‌های تهویه مطبوع را به سه دسته تقسیم کرد:
- سیستم تهویه مطبوع تمام هوا
- سیستم تهویه مطبوع تمام آب
- سیستم تهویه مطبوع هوا-آب
سیستم تمام آب
سیال عامل در این سیستم ها آب است. آب در موتور خانه در دستگاه‌هایی حرارتی از جمله دیگ بخار گرم می‌شوند و برای گرمایش ساختمان در فصول سرد مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای فصول گرم از چیلر یا آبسرد کن برای تهیه آب سرد استفاده می‌شود و به مصرف سرمایش ساختمان می رسد. آب گرم و آب سرد تهیه شده به داخل کویل‌های مبدل حرارتی اتاق‌ها (مثل فن کویل) ارسال می‌شود. بادبزن یا فن متعلق به این دستگاه هوا را از روی کویل عبور داده و باعث گرمایش یا سرمایش اتاق‌های داخلی ساختمان می‌شود. این سیستم‌ها نمی‌توانند میزان رطوبت هوا را تغییر بدهند اما به لحاظ حجم کم تأسیساتی و همچنین هزینه ی کم راه‌اندازی و نگهداری بر دیگر سیستم‌ها ارجح می باشد.
سیستم هوا-آب
معمولاً در این سیستم‌ها گرمایش با آب و سرمایش با هوا صورت می‌گیرد. گرمایش با آب معمولاً به دو روش آب گرم و آب داغ است. گرمایش با آب گرم که با دمای ۷۰ تا ۹۰ درجه سانتی‌گراد کار می‌کند و گرمایش با آب داغ که در این سیستم با تحت فشار قرار دادن کل سیستم، دمای آب را تا حدود 200 درجه سانتی‌گراد افزایش می‌دهند. گرمایش با آب داغ معمولاً در ساختمان‌های بزرگ مانند برج ها و جاهایی که در اثر افزایش طول مسیر لوله‌کشی در آب افت دما ایجاد می‌شود، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
سیستم تمام هوا
در این سیستم هم در موتور خانه چیلر و دیگ آب گرم با تجهیزات مربوطه فعالیت می‌کنند و برای تهیه و ارسال هوای گرم یا سرد از دستگاه‌هایی به نام هواساز مرکزی (a.h.u) استفاده می‌شود. دستگاه هواساز در محلی نزدیک به فضای تهویه شونده در اتاقکی نصب می‌شود. سیال ناقل حرارت و برودت به داخل کویل دستگاه هواساز پمپ می‌شود و هوایی که توسط فن با سرعت از روی این کویل عبور می‌کند سرد یا گرم شده و به وسیله کانال‌های هوای سقفی به داخل فضاهای تهویه شونده توزیع می‌شود. در این سیستم هوای عبوری از روی کویل ها تصفیه فیزیکی شده و رطوبت زنی یا رطوبت‌گیری می‌شود و بعد به داخل فضاها ارسال می‌شود. سیستم تهویه مطبوع تمام هوا می‌تواند یک سیستم تهویه مطبوع کامل را فراهم کند. مهمترین ضعف این سیستم‌ها حجم زیاد تجهیزات و کانال‌های انتقال هوا می‌باشد.