انواع سیستم‌های تهویه مطبوع
یک سیستم تهویه مطبوع (air conditioning system)، سرمایش (cooling)، تهویه (ventilation) و کنترل رطوبت (humidity control) را فراهم می‌کند.
هدف تهویه مطبوع، تامین شرایط مطلوب آسایش در داخل ساختمان و یا تامین شرایطی خاص در یک فضای مورد نظر است. فضای مورد نظر می‌تواند ساختمان مسکونی، اداری، هتل، بیمارستان، داخل وسایل نقلیه مانند هواپیما، اتومبیل، قطار و نیز فضاهای خاص تولیدی مانند فضاهای تولید تراشه‌های الکترونیکی، دارویی و بهداشتی باشد. به این منظور سیستم‌های مختلف و مخصوص هر مکان طراحی و اجرا می‌شوند.
اجزای یک سیستم تهویه مطبوع به چهار بخش تقسیم می‌شوند:
- منبع (source): تامین‌کننده اثر سرمایش و گرمایش اولیه است که شامل چیلرها (chillers)، بویلرها (boilers)، برج‌های خنک کن (cooling towers) و تجهیزات مانند آن می‌باشد.
- بخش توزیع (distribution): وظیفه آن انتقال اثر گرمایشی و سرمایشی از منبع به فضاهای نیازمند به تهویه مطبوع است که شامل کانال‌کشی (ductwork)، فن‌ها (fans)، لوله‌کشی (piping) و پمپ‌ها (pumps) می‌شود.
- بخش تحویل (delivery): وظیفه آن وارد کردن اثر گرمایشی یا سرمایشی به فضاهای تهویه شده است که شامل دیفیوزرها (diffusers)، رادیاتورها (radiators)، فن‌کویل‌ها (fan-coil units) و دیگر وسایل ترمینالی (terminal devices) می‌شود.
- المان‌های کنترلی (control elements): دستگاه‌های کنترلی وظیفه تنظیم کارکرد تجهیزات و سیستم‌ها را برای آسایش، ایمنی و مصرف بهینه انرژی دارا می‌باشند.
در سیستم‌های مرکزی، این اجزا می‌توانند در کل ساختمان پراکنده باشند، در حالی که در سیستم‌های محلی این اجزا در یک محفظه به نسبت کوچک متمرکز شده‌اند.
یکی از مهم‌ترین مراحل طراحی یک سیستم تهویه مطبوع، انتخاب نوع سیستم تهویه مطبوع است. در انتخاب یک سیستم تهویه مطبوع باید ملاحظات زیر را در نظر گرفت.
- چگونگی تامین شرایط آسایش و یا شرایط خاص مورد نظر
- چگونگی کارکرد سیستم
- میزان و درجه آسایش مورد نظر
- ظرفیت سیستم
- وضعیت جانمایی و اشغال فضا توسط سیستم
- هزینه‌های اولیه
- هزینه‌های بهره برداری مانند هزینه‌های مصرف گازوییل، آب، برق و تعمیر و نگهداری
- قابل اتکا بودن سیستم
- قابل انعطاف بودن سیستم
- وضعیت تملک و استفاده از فضاها
قبل از هر اقدامی‌لازم است که اطلاعات جامعی از میزان بودجه، درجه آسایش مورد نظر و گسترش آتی در اختیار داشت. برای انتخاب بهینه یک سیستم تهویه مطبوع، طراح باید در مورد انواع سیستم‌های تهویه مطبوع اطلاعات مناسبی داشته باشد. سیستم‌های تهویه مطبوع به چهار دسته تقسیم می‌شوند:
- سیستم‌های تهویه مطبوع تمام هوایی
- سیستم‌های تهویه مطبوع هوا – آب
- سیستم‌های تهویه مطبوع تمام آبی
- سیستم‌های تهویه مطبوع تمام مبرد یا انبساط مستقیم DX
سیستم‌های تمام هوایی (all air systems) هوای گرم یا سرد شده را از دستگاه مرکزی (central unit) به وسیله داکت‌ها (ducts) منتقل و هوا را از راه تعدادی گریل (grill) یا دیفیوزر (diffuser) در اتاق‌ها توزیع می‌کنند. سیستم‌های تمام هوایی دارای کم‌ترین هزینه تجهیزات هستند ولی نصب آن‌ها به دلیل سایز کانال‌کشی مورد نیاز و هزینه نصب تجهیزات مشکل و گران است. همچنین ممکن است کنترل مناسب دما مشکل باشد و سیستم کارایی انرژی مناسبی نداشته باشد. سیستم تمام هوایی در میان سیستم‌های تهویه از نظر میزان انرژی مورد نیاز برای رسیدن به نتیجه دلخواه در رتبه دوم قرار می‌گیرد.
انواع مهم سیستم‌های تمام هوایی، شامل کولر آبی، ایرواشر (air washer) و هواساز (air handling unit) یا AHU می‌باشد.
سیستم‌های تمام هوا، ظرفیت سرمایش محسوس و نهان را تنها از راه تامین هوای سرد به فضای تهویه شده تامین می‌کنند. هیچ سرمایش کمکی از منابع سرمایش به فضاها منتقل نمی‌شود و هیچ آب سردی به سمت فضاها نمی‌رود. گرمایش را نیز می‌توان از طریق همان جریان هوا تامین کرد، به صورتی که منبع گرمایش می‌تواند در محل تجهیزات مرکزی و یا در نزدیکی زون باشد.
مزایای سیستم‌های تمام هوا
- تجهیزات اصلی به صورت مرکزی در یک فضای سرویس متمرکز شده‌اند که امکان نگهداری مناسب در فضاهای غیر مسکونی فراهم می‌شود.
- تجهیزات اصلی تولید کننده صدا به صورت مرکزی در فضای دارای عایق صوتی قرار گرفته‌اند که امکان کاهش نویز را فراهم می‌کند.
- نیاز به لوله‌کشی تخلیه کندانس و یا سیم‌کشی برق قدرت در فضاهای مسکونی نیست.
- این سیستم‌ها برای اکونومایزرهای سمت هوا (to air-side economizer)، بازیافت حرارت (heat recovery)، رطوبت زنی زمستانی (winter humidification) و تامین حجم زیاد هوای خارج مناسب هستند.
- سیستم‌های تمام هوا بهترین انتخاب برای کنترل دما و رطوبت زون هستند.
- سیستم‌های تمام هوایی معمول انتخاب مناسبی برای کاربردهایی هستند که در آن کیفیت هوای داخل بسیار مهم است.
- کاربرد سیستم‌های تمام هوایی با سیستم‌های کنترل دود (smoke control systems) مناسب است.
- تغییر فصلی در سیستم‌های تمام هوایی ساده است.
- سیستم‌های تمام هوایی معمولا امکان تامین همزمان گرمایش و سرمایش را در زون‌های مختلف فراهم می‌کنند.
سیستم‌های تمام هوایی را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد:
- سیستم‌های با حجم هوای ثابت (constant-air-volume systems) یا سیستم‌های CAV: در سیستم‌های CAV، کنترل سرمایش و گرمایش به وسیله تغییر دمای هوای تامینی انجام می‌شود و حجم هوای ورودی به فضا ثابت است.
- سیستم‌های با حجم هوای متغیر (variable-air-volume systems) یا سیستم‌های VAV: در سیستم‌های VAV، کنترل سرمایش و گرمایش با ثابت نگه داشتن دمای هوای ورودی و تغییر حجم هوا انجام می‌شود.
سیستم‌های هوا – آب (air & water systems) به وسیله توزیع همزمان هوای تهویه شده و آب به ترمینال یونیت‌های (terminal units) نصب شده در فضاها، تهویه را انجام می‌دهند. هوا و آب در اتاق مکانیک مرکزی گرم و یا سرد می‌شوند. به هوای تامینی، هوای اولیه (primary air) گفته می‌شود که از هوای سیرکوله شده (recirculated air) یا هوای ثانویه اتاق مشخص شود.
مزایا و معایب سیستم‌های هوا – آب
به دلیل ظرفیت حرارتی بالاتر و دانسیته بسیار بالاتر آب در مقایسه با هوا، سطح مقطع لوله‌ها برای یک میزان ظرفیت سرمایش یا گرمایش بسیار کوچک‌تر از کانال‌کشی است. به دلیل این که بخش زیادی از بار سرمایشی یا گرمایشی فضا به وسیله بخش آبی سیستم‌های هوا و آب تامین می‌شود، نیاز به کانال توزیع در این سیستم‌ها بسیار کم‌تر از سیستم‌های تمام هوا می‌باشد که باعث صرفه‌جویی در فضای ساختمان می‌شود. اگر سیستم به صورتی طراحی شده باشد که تامین هوای اولیه با نیاز تهویه برابر باشد و یا با میزان اگزاست مورد نیاز برابر باشد، سیستم هوای برگشت را می‌توان حذف کرد.
سیستم هواساز در یک سیستم هوا – آب نسبت به یک سیستم تمام هوا کوچک‌تر است، در حالی که ونتیلاسیون مثبت ایجاد می‌کند. می‌توان زون‌های مختلف را به صورت جداگانه کنترل کرد و از تامین مستقل نیازهای سرمایش و گرمایش آن‌ها مطمئن بود. در زمان‌های مناسب و یا در ساعت‌های غیر مسکونی، می‌توان نیازهای گرمایشی را تنها به وسیله بخش آب سیستم بدون استفاده از سیستم هوای مرکزی تامین کرد. زمانی که تمام هوای اولیه از خارج تامین می‌شود، می‌توان از حرکت آلاینده‌ها در بین اتاق‌ها جلوگیری کرد.
طراحی سیستم هوا – آب برای فصل‌های گذار بسیار بحرانی است. انجام تغییرات فصلی می‌تواند مشکل و به بهره‌برداران ماهر نیاز داشته باشد. کنترل سیستم‌های هوا – آب پیچیده‌تر از سیستم‌های تمام هوا است و امکان کنترل کامل رطوبت وجود ندارد. ترمینال یونیت‌ها و فن‌کویل‌ها نیاز به تعمیر و نگهداری در محل دارند.
در سیستم‌های تمام آب (all water systems)، سرمایش و یا گرمایش فضا به وسیله آب سرد و یا گرم سیرکوله شده از دستگاه سرمایش مرکزی و یا بویلر به ترمینال یونیت‌های موجود در فضاهای تهویه شده و یا در کنار آن‌ها انجام می‌شود. انتقال حرارت از یا به اتاق به وسیله جابه‌جایی اجباری و یا طبیعی انجام می‌شود. سیستم‌های تمام آب را می‌توان برای سرمایش و گرمایش استفاده کرد. آب گرمایش را می‌توان از همان شبکه لوله‌کشی مورد استفاده برای آب سرد در تابستان و یا سیستم مجزای لوله‌کشی تامین کرد.
مزایای سیستم‌های تمام آب
- نیاز به فضای کم‌تری برای اجزای توزیع می‌باشد.
- به دلیل کارایی مناسب در توزیع، برای انجام نوسازی مناسب هستند.
- نیاز به فضای کم و یا بدون نیاز به فضا برای اتاق فن مرکزی هستند.
- قابلیت کنترل جداگانه اتاق و عدم حرکت آلاینده‌ها بین اتاق‌ها وجود دارد.
- به دلیل امکان استفاده از آب کم دما برای گرمایش، سیستم‌های تمام آب برای گرمایش خورشیدی و یا کاربردهای بازیافت حرارت مناسب هستند.
معایب سیستم‌های تمام آب
- نیاز به تعمیر و نگهداری زیادی وجود دارد و تعمیرات روی ترمینال‌ها باید درون فضای مسکونی انجام شود.
- نیاز به سینی‌های تخلیه کندانس و یک سیستم درین وجود دارد، علاوه بر آن باید به صورت دوره‌ای تمیز شوند.
- تامین یا کنترل تهویه به صورت مرکزی انجام نمی‌شود و اغلب به وسیله باز کردن پنجره‌ها و یا ورودی هوای خارج در هر یک از ترمینال یونیت‌ها انجام می‌شود، بنابراین تامین کیفیت مناسب هوای داخل یک مساله مهم است.
- در تابستان رطوبت نسبی فضاها بالا است، مخصوصا اگر شیرهای تنظیم آب سرد برای تنظیم دمای اتاق به کار رفته باشند.
در سیستم‌های کویل انبساط مستقیم (DX coil systems/direct expansion systems) یا سیستم‌های تمام مبرد (all refrigerant systems) هوای مورد نیاز برای سرمایش فضا به صورت مستقیم به وسیله مبرد موجود در کویل‌های سرمایشی سیستم هواساز سرد می‌شود. از آن‌جایی که هوا به صورت مستقیم به وسیله مبرد سرد می‌شود، کارایی سرمایش سیستم‌های DX بالاتر است. البته همیشه انجام لوله‌کشی مبرد به فواصل دور امکان‌پذیر نیست و سیستم‌های سرمایش مرکزی انبساط مستقیم یا DX تنها در ساختمان‌های کوچک و یک طبقه انجام می‌شوند. انواع مهم سیستم‌های انبساط مستقیم، شامل کولرهای گازی و اسپلیت‌ها می‌شود.
