کاربرد تهویه مطبوع در زندگی بشر چگونه است ؟

کنترل هوای داخل ساختمان، یک صنعت مهم در کل دنیا به شمار می‌رود. تنها در برخی نقاط محدودی در دنیا، مردم می‌توانند در تمام سال بدون نیاز به سرمایش و گرمایش به راحتی زندگی و فعالیت کنند. علم و تخصص ایجاد شرایط آب‌وهوایی کنترل شده در درون محیط یک ساختمان (فضای محصور)، تهویه مطبوع نامیده می‌شود. امروزه کمابیش در تمام کشورهای دنیا مهندسان تهویه مطبوع، معمارها، پیمانکاران ساختمانی و تکنیسین‌ها، دست‌اندرکار بهبود شرایط هوای محیط درون خانه‌ها، اماکن تجاری، بیمارستان‌ها و ادارات هستند. برای اینکه به اهمیت تهویه مطبوع پی ببرید، برای لحظه‌ای هم که شده به پیامدهای از کار افتادن تمام دستگاه‌های تهویه مطبوع فکر نمایید. نه تنها در چند لحظه دما و رطوبت در بیشتر مواقع غیرقابل تحمل خواهد شد، بلکه فرآیندهای صنعتی دچار پیامدهای منفی شده و کلیه فعالیت‌های مربوط به کامپیوترها، ادوات الکترونیکی، صنایع هواپیمایی، ابزار دقیق و شبکه‌های مخابراتی و سایر تجهیزات نوین، دچار وقفه خواهند شد. گاهی میزان خسارت ناشی از این مورد به میلیون‌ها تومان در دقیقه می‌رسد، به‌خصوص در مراکز حساسی مانند مراکز داده. تهویه مطبوع امروزه در تجارت، صنعت، مدارس، بیمارستان‌ها، هتل‌ها، سینما‌ها، رستوران‌ها و منازل، یک وسیله تجملی نیست بلکه بخش ضروری و غیرقابل حذف از زندگی مدرن به شمار می‌آید.

تهویه مطبوع به فرآیندی گفته می‌شود که در طی آن شرایط محیط اطراف از نظر کیفیت هوا، دما، رطوبت و فشار به حالت استاندارد و ایده‌آل می‌رسد. در تعریفی دیگر تهویه مطبوع عبارت است از ایجاد شرایط آسایش انسان در محیط‌های مختلف از طریق اجرای عملیات بر روی هوا از قبیل افزایش و کاهش دما، تغییر رطوبت و کاهش میزان گازها و ترکیبات مضر موجود در هوا. تهویه مطبوع به انگلیسی Air-condition (ایرکاندیشن) نامیده می‌شود که قسمت مهمی از سیستم HVAC است که برگرفته از کلمات Heating Ventilation Air Conditioning می‌باشد.

HVAC به معنی “تهویه، گرمایش و تهویه مطبوع” (Heating, Ventilation, and Air Conditioning) است. این اصطلاح به سیستم‌های تهویه هوا، گرمایش و سرمایش فضاهای داخلی در ساختمان‌ها و مکان‌های مختلف اشاره دارد. HVAC یکی از اصلی‌ترین عوامل برای ایجاد راحتی در محیط داخلی، کنترل دما، رطوبت و جریان هوا می‌باشد. سیستم‌های HVAC شامل اجزای مختلفی هستند که همکاری کننده برای تأمین هوای سرد یا گرم به فضاها عمل می‌کنند. اجزای اصلی سیستم HVAC عبارتند از:

این قسمت شامل انتقال هوای تازه از بیرون به داخل محیط و خارج کردن هوای آلوده از داخل به بیرون است. تهویه مهمترین عامل برای تأمین هوای تازه و کنترل کیفیت هوا در فضاهای داخلی است.

این بخش مسئول تأمین گرما به فضاهای سرد و سرمایش اتاق‌ها در فصول سرد سال می‌باشد. این کار توسط گرمه دهنده‌ها (مانند بخاری‌ها، پکیج‌های گرمایشی و …) انجام می‌شود.

این بخش مسئول تأمین هوای سرد در فصل‌های گرم سال و گرمایش فضاها در فصل‌های سرد سال است. سیستم‌های ایرکاندیشن (تهویه مطبوع) برای کنترل دما و رطوبت هوا به کار می‌روند. سیستم‌های HVAC به منظور بهینه‌سازی مصرف انرژی و افزایش راحتی و بهداشت در فضاهای داخلی طراحی و اجرا می‌شوند. این سیستم‌ها در انواع مختلفی برای مصارف مسکونی، تجاری، صنعتی و نیروگاه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

گرمایش یا عملیات تولید گرما روشی است که از قرن‌ها پیش شناخته شده، اما سرمایش یا عملیات سردسازی مربوط به چند دهه اخیر است. در دهه ۱۸۴۰، دکتر جان گوری، پزشک و مخترع از فلوریدا، ایده خنک کردن شهرها را برای رهایی ساکنان از شر “دماهای بالا” پیشنهاد کرد. گوری معتقد بود که خنک کردن، کلید جلوگیری از بیماری‌هایی مانند مالاریا و راحت‌تر کردن بیماران است، اما سیستم ابتدایی او برای خنک‌کردن اتاق‌های بیمارستانی نیازمند حمل یخ به فلوریدا از دریاچه‌ها و رودخانه‌های یخ‌زده در شمال ایالات متحده بود. برای دور زدن این چالش گران قیمت لجستیکی، گوری شروع به آزمایش مفهوم خنک کننده مصنوعی کرد. او ماشینی را طراحی کرد که با استفاده از کمپرسوری که توسط اسب، آب، بادبان‌های بادی یا بخار کار می‌کرد، یخ ایجاد می‌کرد. گوری به دلیل مرگ حامی مالی اصلی در ارائه فناوری ثبت اختراع خود به بازار ناموفق بود اما اختراع او پایه و اساس تهویه مطبوع و تبرید مدرن را گذاشت. ایده خنک کننده مصنوعی (Artificial Cooling) برای چندین سال راکد ماند تا اینکه تبرید مکانیکی در اوایل سال‌های 1900 به موفقیت تجاری دست یافت و توانایی بالقوه آن برای سرد کردن هوا شناخته شد. در سال 1917 ویلیس کریر (Willis H.Carrier)، مهندس آمریکایی که برای سیستم‌های تهویه مطبوع مدرن، فردی بسیار شناخته شده است، مطالعه هدفمند شرایط مخلوط بخار آب – هوا را شروع کرد و زمان کوتاهی پس از آن، مهندسان و مخترعان شروع به طراحی تجهیزات مناسبی برای سرمایش هوا با سیستم‌های تبرید کردند. در طی سال‌های 1930 تولید تجهیزات تهویه مطبوع شکل تجاری به خود گرفت و در دهه 1950 این صنعت تثبیت شد.

در نمایشگاه جهانی سنت لوئیس در سال ۱۹۰۴، برگزارکنندگان از یخچال مکانیکی برای خنک کردن ساختمان ایالت میسوری استفاده کردند. این سیستم از ۳۵۰۰۰ فوت مکعب هوا در دقیقه برای خنک کردن سالنی با ۱۰۰۰ صندلی و سایر اتاق‌های ساختمان استفاده می‌کرد. این اولین باری بود که مردم آمریکا با مفهوم خنک کننده مواجه شدند. کاربردهای جدید تهویه مطبوع و تجهیزات و شیوه‌های جدید آن هر سال توسعه می‌یابد. آب و هوای داخل محیط محصور را می‌توان در فضاهای بزرگ کنترل کرد، همان‌گونه که برای اولین بار این کار در ورزشگاه Astrodome در هیوستون تگزاس، انجام شد. سیستمی که در این ورزشگاه به‌کار گرفته شد، در زمان نصب به عنوان بزرگترین سیستم تهویه مطبوع هوای داخل شناخته می‌شد. این سیستم به‌گونه‌ای طراحی شده که قادر است میزان هوا به مقدار 1200 متر مکعب در ثانیه را جابه‌جا نماید که حدوداً 10 درصد آن هوای تازه از خارج است تا تجمع دی اکسید کربن را محدود کند. این سیستم قادر است هوای مطبوعی در تابستان و زمستان برای بازیکنان و تماشاچیان فراهم نماید.

علیرغم پیشرفت در فناوری‌های خنک کننده، این سیستم‌ها برای خانه‌ها بسیار بزرگ و گران بودند. کمپانی فریجیدر (Frigidaire) در سال 1929 با استفاده از فناوری تبرید، یک خنک کننده اتاق با سیستم تقسیم‌بندی جدید را به بازار معرفی کرد که برای مصارف خانگی به اندازه کافی کوچک بود و به شکل یک کابینت رادیویی بود. با این حال، این سیستم سنگین، گران بود و به یک واحد متراکم کنترل از راه دور جداگانه نیاز داشت. جنرال الکتریک این طراحی را بهبود بخشید و یک خنک کننده اتاق مستقل ایجاد کرد و این شرکت در نهایت 32 نمونه اولیه مشابه را از سال 1930 تا 1931 تولید کرد. در ادامه و با همکاری سه نفر در جنرال موتورز با نام‌های توماس میدلی، آلبرت هن و رابرت مک‌ناری، استفاده از خنک‌کننده‌های کلروفلوئوروکربن (CFC) که به اولین سیال خنک‌کننده غیرقابل اشتعال در جهان تبدیل شد و به‌طور قابل‌توجهی ایمنی دستگاه‌های تهویه مطبوع را بهبود بخشید، آغاز گردید. با این حال، این مواد شیمیایی دهه‌ها بعد به عاملی برای تخریب لایه ازون متهم شدند و در نهایت توسط دولت‌های سراسر جهان پس از پروتکل مونترال در دهه 1990 حذف شدند. در ادامه هیدروفلوئوروکربن‌ها (HFC)، که ازون را از بین نمی‌برند، محبوبیت پیدا می‌کنند، اما در نهایت آن‌ها نیز با تغییرات آب و هوایی مرتبط می‌شوند. در اواخر دهه ۱۹۶۰، اکثر خانه‌های جدید دارای تهویه مطبوع مرکزی بودند، و سیستم‌های تهویه مطبوع پنجره‌ای مقرون به صرفه‌تر از همیشه بودند، که این موضوع به رشد جمعیت در مناطق با هوای گرم دامن زد. این اختراع که زمانی لوکس به حساب می‌آمد، اکنون به یک ضرورت تبدیل شده است و به ما امکان می‌دهد خانه‌ها، مشاغل، بیمارستان‌ها، مراکز داده، آزمایشگاه‌ها و سایر ساختمان‌های حیاتی برای اقتصاد و زندگی روزمره خود را خنک کنیم. در واقع، دمای هوا برای ما آنقدر مهم است که بر اساس یک بررسی صورت گرفته، ۴۸ درصد از کل مصرف انرژی در خانه‌ها ناشی از سرمایش و گرمایش است. تهویه مطبوع جایگاه فعلی خود را به عنوان یک صنعت بزرگ در اثر تجارب موفق تجاری و به دلیل مهارت فنی مهندسان و تکنیسین‌هایی کسب کرده که توانسته‌اند سیستم‌های گرمایش، تهویه مکانیکی و تهویه را طراحی، نصب و بهره‌برداری کنند. چشم‌انداز رشد این صنعت بسیار عالی است ولی با چالش‌هایی روبروست که باید بر آن‌ها چیره شد.