انواع و کاربرد تهویه مطبوع

تهویه مطبوع، یا همان HVAC، مخفف کلمه Heating, Ventilation, and Air Conditioning بوده که به معنای گرمایش و سرمایش، تهویه، و بهبود کیفیت هوا جهت دستیابی به شرایط آسایش است. این شرایط برای کاربری های مختلف، متفاوت است. یک سیستم تهویه مطبوع کامل ساختمانی باید توانایی سرمایش، گرمایش، رطوبت زنی یا رطوبت گیری، و فیلتراسیون هوا را داشته باشد تا بتواند شرایط ایده آلی را برای ساکنین فراهم کند. این عملیات می تواند در تجهیزات مختلف به صورت گوناگونی انجام شود. به عنوان مثال، می توان تمام عملیات را در یک واحد فشرده شده انجام داد، و یا از چندین واحد مجزا و در ارتباط با هم استفاده کرد. اما به طور کلی، سیستم های تهویه مطبوع را می توان به صورت تمام آب، تمام هوا، حالتی ترکیبی (آب-هوا)، و حالت انبساط مستقیم (DX) اجرا کرد. تجهیزات هر یکی از این روش ها و طراحی آن ها با یکدیگر متفاوت بوده و با توجه به شرایط پروژه می توان نسبت به انتخاب یکی از آن ها اقدام کرد.

در سیستم تهویه مطبوع تمام هوا یا کانالی، کانال هایی از جنس ورق های گالوانیزه ساخته شده که اغلب در پشت دیوارها و در سقف کاذب ساختمان قرار می گیرد. وظیفه این کانال ها، هدایت جریان هوای سرد، گرم و هوای تازه از دستگاه هواساز یا دستگاه های کانالی دیگر مانند ایرواشر، زنت، و غیره به نقاط مختلف ساختمان است. سیستم های تمام هوا به دو دسته حجم هوای ثابت (CAV) و حجم هوای متغیر (VAV) تقسیم بندی می شوند. در سیستم CAV، دبی حجمی هوای تهویه شده به صورت ثابت و یکنواخت به محل مورد نیاز منتقل شده و برای تغییر توان حرارتی، دمای خروجی از سیستم تغییر می کند؛ اما در سیستم VAV، امکان تغییر دبی هوا برای تغییر ظرفیت سیستم امکان پذیر بوده و دمای سیستم ثابت در نظر گرفته می شود.

سیستم تهویه مطبوع تک منطقه ای یا Single Zone، سیستمی بوده که تنها قادر به تامین شرایط دمایی متناسب با یک منطقه یا زون را فراهم می کند. از این سیستم اغلب در ساختمان های مسکونی و فروشگاه های بزرگ استفاده می شود. از نمونه های این سیستم می توان به دستگاه های هوا ساز پشت بامی معروف به روف تاپ پکیج یا پکیج یونیت اشاره کرد. این دستگاه ها دارای مزایایی همچون طراحی و نصب و نگهداری آسان، و همچنین هزینه اولیه کمتر نسبت به سایر سیستم های تهویه کانالی دارند. اما از آنجا که تک زونه هستند، توانایی تامین شرایط دمایی متفاوت در یک مجموعه نیستند. از این رو این سیستم برای مکان هایی همچون هتل ها مناسب نخواهند بود.

نوع دیگری از سیستم تهویه مطبوع کانالی، سیستم های چند منطقه ای یا Multi-Zone است. در این سیستم ها نیز همانند نوع تک منطقه ای از یک یونیت هواساز استفاده شده و جریان هوا توسط کانال به اتاق ها منتقل می شود. اما از آنجا که در این روش شرایط هر منطقه یا زون با دیگری متفاوت است، لذا کویل های گرمایش و سرمایشی متفاوتی برای هر زون در نظر گرفته می شود. برای کنترل این سیستم نیز لازم است تا برای هر زون از ترموستات جداگانه استفاده شود. همچنین توصیه می شود که تعداد زون ها از 12 بیشتر نشود.

در سیستم تهویه مطبوع چند منطقه ای با ترمینال بازگرمایش، سعی شده تا کویل سرمایشی زون ها حذف شود. به همین منظور دمای هواساز (AHU) توسط کویل سرمایشی اصلی به کمترین دمای تقاضا شده توسط زون ها تنظیم شده، و برای زون هایی که نیاز به دمای بالاتری دارند، از کویل گرمایشی مربوط به هر زون تحت عنوان بازگرمایش استفاده می شود. در برخی موارد نیز به جای کویل بازگرمایش از المنت های حرارتی استفاده می گردد. مزیت اصلی این سیستم حذف کویل های قرار گرفته در هر زون بوده که منجر به کاهش فضای لازم و همچنین کاهش قابل توجه هزینه های اولیه سیستم می شود. اما عیب اصلی آن نیز بحث هدر رفت انرژی است؛ چرا که در این روش لازم است تا دمای کل هوای خروجی از هواساز به کمترین میزان تقاضا شده کاهش یافته، و مجددا توسط کویل بازگرمایش برای برخی زون ها افزایش یابد.

در این روش از مزایای دو سیستم قبلی بهره گرفته شده است. به این ترتیب که با استفاده از کویل گرمایشی و سرمایشی دو مسیر جداگانه و موازی هوای گرم و سرد ایجاد شده، و از هر یک از این مسیرها یک انشعاب برای هر منطقه گرفته می شود. این انشعاب ها وارد یک جعبه تحت عنوان میکسینگ باکس یا جعبه اختلاط شده و با استفاده از اجزای کنترلی تعبیه شده، دمای هوای خروجی از آن به دمای مورد نیاز تعیین شده هر زون می رسد. از این رو هدر رفت انرژی در این روش کاهش می یابد.

سیستم تهویه مطبوع حجم هوای متغیر با دمای ثابت به طور گسترده در مجتمع های اداری استفاده می شود. در این روش، بر خلاف سیستم های معرفی شده، دمای کویل ها ثابت بوده، و برای تغییر توان حرارتی، مقدار دبی هوای هر زون تغییر می کند. این تغییر دبی اغلب توسط دمپر و عملگر مربوط به آن انجام می شود. شماتیک این سیستم بسیار شبیه به سیستم تک منطقه ای بوده، با این تفاوت که جریان هوای ورودی به هر زون، قبل از ورود از جعبه VAV عبور می کند. این جعبه وظیفه تنظیم دبی جریان عبوری را بر عهده داشته، و با توجه به نیاز هر زون مقدار دبی را کاهش یا افزایش می دهد. لازم به ذکر است که دمای کویل های گرمایش و سرمایش هواساز ثابت بوده و تغییر نمی کند.

در سیستم تهویه مطبوع لوله ای یا تمام آب از کانال کشی استفاده نشده، و انرژی حرارتی یا برودتی توسط لوله کشی از موتورخانه گرمایشی و سرمایشی به واحدهای پخش حرارتی همچون فن کویل، رادیاتور، گرمایش از کف، یونیت هیتر، و غیره منتقل می شود. بنابراین از مزیت های بزرگ این سیستم ها می توان به افزایش فضای ساختمان به دلیل حذف کانال های بزرگ هوا اشاره کرد. در این سیستم ها برای هر زون، یک تجهیز پخش حرارت (مانند فن کویل) در نظر گرفته شده و تمامی آن ها توسط لوله کشی به یونیت های مرکزی سرمایشی مانند چیلر، و گرمایشی مانند موتورخانه متصل می شوند. از ویژگی های سیستم تمام آب در مقایسه با سیستم تمام هوا، می توان به تفاوت قابل توجه ظرفیت حرارتی آب نسبت به هوا اشاره کرد. این بدان معناست که برای تامین گرما یا سرمای حجم مشخصی از محیط نیاز به حجم آب بسیار کمتری است. بنابراین، به همین دلیل است لوله کشی های آب (نسبت به کانال های هوا) دارای اندازه ی کوچکتری می باشند.

فن کویل ها از چهار جزء اصلی تشکیل شده اند که عبارت است از بدنه فن کویل، کویل های سرمایش و گرمایش، فن دستگاه، و سیستم کنترلی آن. فن کویل ها دارای انواع مختلفی بوده که از جمله آن ها می توان به نحوه قرار گیری آن ها به صورت زمینی، سقفی، و دیواری، و همچنین نصب به صورت روکار یا توکار اشاره کرد. کویل گرمایشی سیستم به موتورخانه یا پکیج گرمایشی، و کویل سرد به چیلر یا مینی چیلر متصل می شود. پس از تشخیص دمای مورد نظر توسط ترموستات، جریان آب گرم یا سرد به کویل دستگاه برقرار شده و فن دستگاه نیز شروع به کار می کند. اغلب فن کویل ها در دو نوع دو لوله ای و چهار لوله ای ساخته می شوند. در فن کویل دو لوله ای، آب گرم یا سرد از یک لوله وارد کویل شده و از لوله دیگر خارج می شود. اما در فن کویل چهار لوله ای، هر دو کویل می توانند به طور همزمان در تمام فصول تغذیه شوند. مدل های سه لوله ای نیز وجود داشته که در آن برگشت لوله های آب گرم و سرد به صورت مشترک و از یک لوله انجام می شود، اما کاربرد این نوع فن کویل ها بسیار کمتر است.

رادیاتورها که به نام شوفاژ نیز شناخته می شوند، یکی از رایج ترین و شناخته شده ترین روش های گرمایش بوده که دارای انواع مختلفی از جمله چدنی، فولادی و آلومینیومی هستند. نوع آلومینیومی آن به دلیل وزن سبک، کارایی حرارتی بالا، مقاومت به خوردگی بهتر، زیبایی بیشتر، و کاربرد گسترده تری است. رادیاتورها با عبور آب گرم از لوله های درونی خود، گرما را به محیط اطراف منتقل می کنند. عملکرد آن ها شباهت زیادی به فن کویل ها داشته، با این تفاوت که فاقد فن دمنده می باشند.

گرمایش از کف، یک سیستم گرمایش نسبتا جدید بوده که بدون نیاز به نصب دستگاه توزیع کننده حرارت جداگانه ای، باعث گرم شدن هوای اتاق می شود. برای این منظور لازم است تا کف اتاق عایق کاری شده و لوله های مخصوصی به صورت مارپیچ و با نظم خاصی بر روی کف نصب شود. بر روی این لوله ها نیز پس از بتن ریزی اغلب از سرامیک یا پارکت استفاده می شود. مهم ترین مزیت گرمایش از کف، توزیع یکنواخت گرما در سراسر فضای اتاق است. اما در طرف مقابل مدت زمان گرمایش محیط مورد نظر بسیار بیشتر از گرمایش توسط رادیاتور و فن کویل است. لازم به ذکر است که برای تقسیم آب گرم در لوله های گرمایش از کف، از کلکتورهای مخصوص این سیستم که مجهز به فلومتر است، استفاده می گردد. این فلومترها باعث بالانس سیستم لوله کشی شده و یکنواختی توزیع حرارت را به دنبال خواهد داشت.

سیستم آب-هوایی با ترکیب دو سیستم تمام آب و تمام هوا ایجاد شده است تا از مزایای این دو سیستم برای دستیابی به سیستمی بهتر استفاده شود. بنابراین سیستم آب-هوا به طور همزمان هوای تازه مورد نیاز را تامین کرده، و حجم اشغالی آن کوچکتر از یک سیستم تمام هوا است. یکی از زیر مجموعه های این سیستم، فن کویل های کانالی بوده که هوای تازه مورد نیاز توسط واحد هواساز ابتدا وارد فن کویل شده و سپس به فضای مورد نظر ارسال می شود. لازم به ذکر است که دراین روش، بار اصلی تامین حرارت یا برودت بر عهده فن کویل بوده و واحد هواساز صرفا عملیات پیش گرم کردن را بر عهده خواهد داشت.

سیستم انبساط مستقیم یا Direct Expand یک دیگر از انواع سیستم تهویه مطبوع بوده که برای انتقال حرارت بین محیط داخل و بیرون استفاده می شود. در این سیستم به جای استفاده از سیال آب یا هوا از مبرد استفاده می شود. بنابراین مبرد خروجی از کندانسور به طور مستقیم وارد اواپراتور شده و جذب گرما می کند. جنس لوله های این سیستم تماما از مس بوده و از آنجا که تبادل حرارتی آن بدون واسطه انجام می شود، لذا اتلاف کمتری داشته و بازدهی این نوع سیستم بالا خواهد بود. درباره مبرد چیست و انواع مبرد ها بیشتر بحوانید. از مزایای این سیستم می توان به کاهش مسیر لوله کشی و اتلاف حرارت ناشی از آن، هزینه کمتر نصب و راه اندازی، عدم نیاز به فن و پمپ، افزایش بازدهی سیستم، و افزایش عمر قطعات نسبت به نوع تمام آب اشاره کرد. انواع سیستم انبساط مستقیم عبارت است از: سیستم VRF، چیلر و هواساز، روف تاپ پکیج، اسپلیت و داکت اسپلیت.