تهویه مطبوع چیست؟ — به زبان ساده

یکی از مباحث بسیار مهم و پرکاربرد در صنعت و علم مکانیک، «سیستم‌های گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع» (Heating, Ventilation and Air Conditioning) هستند. این سیستم‌ها را می‌توان به صورت اختصاری با نام HVAC نمایش داد. نکته مهمی که باید به آن اشاره کرد این است که تهویه مطبوع بخشی از علم HVAC است ولی در بسیاری از حالات و صنایع این دو واژه را یکسان در نظر می‌گیرند و با نام تهویه مطبوع و HVAC مورد مطالعه قرار می‌دهند.

سیستم گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع، بخش مهمی از یک ساختمان شهری، تجاری و صنعتی را در بر می‌گیرد. توجه کنید که یک سیستم مناسب تهویه مطبوع با هدف کنترل دما، رطوبت و کیفیت هوای ساختمان ایجاد می‌شود و هدف از کنترل این پارامترها ایجاد یک فضای راحت است که بتوان در آن به امور شخصی و کار پرداخت. علم تهویه مطبوع کاربرد بسیار زیادی در طراحی اتاق تمیز و همچنین کنترل آلاینده‌ها در اتاق تمیز دارد.

این مطلب ابتدا به صورت دقیق مفاهیم کلی مورد استفاده در تهویه مطبوع و سیستم‌های HVAC را مورد مطالعه قرار می‌دهد. در ادامه انواع بخش‌های موجود در یک سیستم تهویه مطبوع و HVAC مانند سیستم گرمایش و سرمایش، مورد بررسی قرار می‌گیرد و پس از آن نحوه عملکرد سیستم تهویه مطبوع و HVAC بیان می‌شود و در انتهای مطلب نیز انواع مختلف سیستم‌های تهویه مطبوع به همراه مزایا و کاربردهای آن‌ها مورد مطالعه قرار می‌گیرد. همچنین محاسبه پارامترهای مختلف تهویه مطبوع در مطلب «نمودار سایکرومتریک» مورد مطالعه قرار گرفته است.

HVAC چیست؟

همانطور که اشاره شد، سیستم HVAC خلاصه شده عبارت گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع است. بنابراین همانطور که از نام آن پیداست، این سیستم از سه مجموعه گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع تشکیل می‌شود که در ادامه به صورت مختصر معرفی می‌شوند.

بخش اول در یک سیستم HVAC، گرمایش است. گرمایش بخشی است که در آن هوای درون ساختمان را با استفاده از رادیاتورها یا سیستم‌های تولید هوا گرم می‌کنند.

همانطور که اشاره شد، بخش دوم در سیستم HVAC تهویه نام دارد. تهویه نیز فرایندی است که طی آن هوای تمیز در مجموعه باقی می‌ماند و هوای آلوده به فضای بیرون منتقل می‌شود. این فرایند باعث ایجاد چرخش در هوای داخلی نیز می‌شود و رطوبت اضافی موجود در سیستم را از بین می‌برد. توجه کنید که فرایند تهویه، معمولا با استفاده از سیستم‌های مکانیکی انجام می‌شود که این سیستم‌ها شامل تعدادی فن هستند. فن یکی از انواع توربوماشین‌ها است. توربوماشین‌، ماشین‌ مکانیکی دواری است که در آن‌، انرژی بین ماشین و سیال و به دلیل حرکت دینامیکی ماشین منتقل می‌شود و کاربرد بسیار زیادی در علم مکانیک و آیرودینامیک دارد. مباحث مربوط به توربوماشین در وبلاگ فرادرس و مطلب «توربوماشین (Turbomachinery) — به زبان ساده» به صورت جامع مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است.

بخش سوم از سیستم HVAC، مجموعه تهویه مطبوع است. این سیستم، دمای اتاق را پایین می‌آورد و از مجموعه‌ای شامل هوای خنک و یا آب خنک تشکیل می‌شود. سیستم تهویه مطبوع وظیفه کنترل سطح رطوبت موجود در هوای اتاق را نیز به عهده دارد. این موارد و در ادامه مطلب به صورت دقیق مورد مطالعه قرار خواهند گرفت.

یک سیستم HVAC را می‌توان به صورت اختصاری سیستم تهویه مطبوع نیز نامید که وظیفه اصلی آن تامین دمایی در حدود $$75$$ درجه فارنهایت و رطوبت نسبی در حدود $$40$$ تا $$60$$ درصد است. همچنین با توجه به استاندارد $$ASHRAE \enspace 62.0$$، کربن دی اکسید باید کمتر از $$1000 \enspace PPM$$ باشد.

بنابراین همانطور که اشاره شد، سیستم‌های HVAC را می‌توان شامل طیف وسیعی از سیستم‌های تهویه مطبوع، از جمله سیستم‌های خنک کننده خانگی تا سیستم‌های بسیار بزرگ و پیچیده صنعتی دانست. طراحی یک سیستم تهویه مطبوع مناسب، نیاز به استفاده از اصول موجود در علوم ترمودینامیک، مکانیک سیالات و انتقال حرارت دارد. به صورت رایج به یک سیستم HVAC، سیستم تهویه مطبوع نیز می‌گویند هرچند همانطور که اشاره شد، سیستم تهویه مطبوع زیر مجموعه‌ای از سیستم HVAC است.

جعبه‌های بزرگی که در قسمت بالای ساختمان‌ها یا ادارات مشاهده می‌شوند، نمونه‌ای از سیستم‌های HVAC هستند. در واقع این بخش‌ها، قسمت‌های قابل دیدن سیستم HVAC را تشکیل می‌دهند.

همانطور که اشاره شد، سیستم گرمایش و سرمایشی که در خانه‌های مسکونی مشاهده می‌شود نیز زیر مجموعه‌ای از سیستم‌های HVAC هستند. این سیستم‌ها ممکن است با سیستم‌های بزرگ تهویه مطبوع و HVAC تفاوت‌هایی داشته باشند ولی در بسیاری از شرایط، مانند اصول پایه، شیوه عملکرد و بازده، دقیقا مشابه با سیستم‌های بزرگ و تجاری تهویه مطبوع و HVAC عمل می‌کنند.

انواع سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC

در بسیاری از موارد، گرمایش و سرمایش، نیمه از انرژی را تشکیل می‌دهد که افراد مختلف در دوران زندگی خود مصرف می‌کنند. بنابراین انتخاب یک سیستم مناسب HVAC که بتواند راحتی و آسایش شما را تامین کند و انرژی زیاد و اضافی را مصرف نکند، اهمیت بسیار زیادی دارد. در ادامه برخی از شیوه‌های انتخاب یک سیستم تهویه مطبوع و HVAC به خوبی بیان شده است.

افرادی که محل سکونت آن‌ها در آب و هوای سرد یا گرم قرار دارد باید از سیستم‌های تک مرحله استفاده کنند. این سیستم‌ها طوری طراحی شده‌اند که بتوانند تنها سرما یا گرما تولید کنند. این سیستم‌ها ارزان هستند و در سمت مقابل، بازدهی بسیار پایینی نیز دارند. نکته دیگر این است که این سیستم‌ها در تمام حالات و حتی زمانی که به آن‌ها احتیاجی نباشند نیز با تمام ظرفیت خود کار می‌کنند و این موضوع مصرف انرژی آن‌ها را به شدت افزایش می‌دهد.

نوع پیشرفته‌تری از سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC نیز وجود دارد که در آن‌ها برای کاهش مصرف انرژی، از فن با سرعت‌های متفاوت استفاده می‌شود. اما همچنان این نوع از فن‌ها در مقابل سیستم‌های چند مرحله کارایی و بازده پایین‌تری دارند و برای استفاده در طول مدت زمان زیاد، سیستم‌های گران محسوب می‌شوند.

مدل سوم از سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC «سیستم‌های ناحیه‌ای» (Zoned Systems) هستند. این سیستم‌ها برای گرمایش و سرمایش بخش خاصی از خانه مورد استفاده قرار می‌گیرند. این کار را مهندسان مکانیک با طراحی و قرار دادن دمپرهایی درون دریچه یا داکت انجام می‌دهند. این دمپرها توانایی این را دارند که به صورت انتخابی جریان هوا را مسدود و یا آزاد کنند.

در واقع این مدل از سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC از گرمایش و سرمایش بخشی از خانه که کسی در أن حضور ندارد، جلوگیری می‌کند و این یکی از ویژگی‌های بسیار ارزشمند این سیستم محسوب می‌شود.

نوع نهایی از سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC نیز سیستم‌هایی هستند که علاوه بر تعیین دما و ایجاد گرمایش و سرمایش در سیستم، رطوبت را نیز کنترل می‌کنند. در واقع در این سیستم‌ها از ایجاد کننده رطوبت و از بین برنده آن نیز استفاده می‌شود.

استفاده از این نوع از سیستم‌های تهویه مطبوع برای افرادی که در محیط‌های بسیار خشک یا مناطق گرمسیر زندگی می‌کنند بسیار ضروری است. برخی از این افراد ترجیح می‌دهند که چند عدد وسیله ایجاد کننده رطوبت یا از بین برنده رطوبت را نصب کنند. بنابراین با استفاده از این وسایل و بدون روشن کردن دستگاه تهویه مطبوع، می‌توان رطوبت موجود در سیستم را کنترل کرد.

سیستم‌های گرمایش

سیستم‌های گرمایش انواع مختلفی را در بر می‌گیرند. برخی از این سیستم‌ها شامل کوره‌ها می‌شوند که در آن‌ها مواد مختلف برای تولید حرارت و گرما سوخته می‌شوند. در این مدل سیستم‌ها، حرارت تولید شده در کوره از طرق داکت به هوای درون اتاق منتقل می‌شود.

نوع دیگری از سیستم‌های گرمایش بویلر یا دیگ بخار است. این بویلرها، به آب گرما می‌دهند و محصول نهایی را به سمت رادیاتورها یا رادیاتورهای کف هدایت می‌کنند. نکته مهم دیگری که باید به آن اشاره کرد این است که کوره به صورت عمومی با استفاده از گاز طبیعی یا پروپان فعالیت می‌کند. این در حالی است که یک بویلر از گاز یا نفت برای گرم کردن آب استفاده می‌کند.

نوع دیگری از سیستم‌های گرمایش نیز موجود هستند، این سیستم گرمایش در کف اتاق حضور دارد و گرمایش در این نوع از سیستم‌ها را گرمایش از کف می‌نامند. این نوع از سیستم‌های تهویه مطبوع از سیستم‌های پایپینگ و لوله‌کشی در کف اتاق استفاده می‌کنند. جنس این لوله‌ها از نوع لوله‌های انعطاف پذیر است که درون آن‌ها سیالی به نام آب یا محلول گلیکول جریان دارد.

گرمایش از کف را در انواع کف‌ها با جنس‌های مختلف مانند بتن می‌توان انجام داد و در برخی از حالات نیز این روش، روشی پر بازده برای تولید گرما در خانه به حساب می‌آید.  این نوع از گرمایش را در کف پوش‌های چوبی نیز می‌توان اجرا کرد و در این حالت باید دقت زیادی انجام داد تا طراحی و نصب لوله‌ها به خوبی و به صورت صحیح انجام شود.

سیستم سرمایش

تعداد زیادی از سیستم‌های تهویه مطبوع طوری طراحی شده‌اند که قابلیت نصب توسط مشتری را دارند و بهترین انتخاب از بین این نوع از سیستم‌های تهویه مطبوع اسپلیت‌های کوچک هستند.

نوع دیگری از سیستم‌های سرمایش نیز حضور دارند که برای آب و هوای خشک مناسب هستند. این نوع از سیستم‌ها را «کولرهای آبی» (Evaporative Coolers) می‌نامند. توجه کنید که این نوع از کولرها، هوا را از بیرون می‌مکند و آن را از روی پوشال‌ها و مقاطع خیس عبور می‌دهند و در نهایت هوای مرطوب و خنک شده را به محیط اتاق منتقل می‌کنند.

نحوه عملکرد سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC

شکل زیر به صورت پایه‌ای و دقیق، نحوه عملکرد یک سیستم خاص تهویه مطبوع و HVAC را نشان می‌دهد.

توجه کنید که در سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC معمولا یک دستگاه تنظیم خودکار وجود دارد که تعیین می‌کند فضای اتاق باید گرم یا سرد شود. همچنین این دستگاه وظیفه تعیین درجه حرارتی که دمای اتاق باید به آن برسد را نیز به عهده دارد.

نکته مهمی که در شکل بالا مشاهده می‌شود این است که سیستم فوق طوری طراحی شده است که سیم پیچ‌ها یا کویل‌های موجود در مجموعه، قابلیت گرم یا سرد شدن را داشته باشند. توجه کنید که مطابق شکل، سیم پیچ‌ها توسط بویلر، گرم و توسط چیلر، سرد می‌شوند.

با دقت به شکل بالا متوجه می‌شوید که هوا ابتدا از بیرون به داخل سیستم می‌آید و سپس از روی سیم‌پیچ یا کویل‌ها عبور می‌کند و در نهایت پس از گرم یا سرد شدن، به درون اتاق منتقل می‌شود.

توجه کنید که همزمان با ورود هوا از سیستم تهویه مطبوع و HVAC به درون اتاق، قسمتی از هوای اتاق از طریق یکی از خروجی‌ها به سیستم تهویه مطبوع باز می‌گردد. در واقع با استفاده از این فرایند، هوای اتاق با هوای تازه جایگزین می‌شود.

نوع دیگری از سیستم‌های تهویه مطبوع حضور دارند که این سیستم‌ها، سیستم‌های تهویه مطبوع کوچک هستند. نحوه عملکرد این سیستم به صورت کلی اینگونه است که، ابتدا گرما از درون یک اتاق جمع آوری می‌شود و سپس این گرما به بیرون از اتاق منتقل می‌شود و در نتیجه این فرایند، دمای هوای اتاق کاهش می‌یابد. این سیستم را می‌توان در مکان‌هایی مانند خودروها مشاهده کرد. مکانیزم عملکرد این سیستم به صورت دقیق در شکل زیر به تصویر کشیده شده است.

مکانیزم بالا نشان می‌دهد که چگونه یک سیستم گرما را از یک اتاق دریافت می‌کند و سپس گرمای دریافتی را درون یک مجموعه ذخیره می‌کند و در نهایت این گرما را به هوای بیرون از اتاق انتقال می‌دهد.

سیستمی که در بالا نشان داده شده، از پنج قسمت مهم تشکیل شده است و برای عملکرد صحیح این مجموعه، باید تمام این پنج قسمت به صورت صحیح و هماهنگ فعالیت کنند.

شیر انبساط

این وسیله باعث ایجاد یک محدودیت و توقف در مسیر جریان سیال درون سیستم می‌شود. نکته دیگر این است که این وسیله افت فشار زیادی را نیز در سیستم ایجاد می‌کند.

اواپراتور یا تبخیر کننده

این وسیله حاوی مبردی است که با استفاده از تبخیر این مبرد، دستگاه قادر خواهد بود تا گرمای موجود در محیط را از بین ببرد. توجه کنید که تبخیر یک فرایند گرماگیر است. بنابراین مبرد درون اواپراتور، طی فرایند تبخیر، از محیط گرما می‌گیرد.

کمپرسور

کمپرسور را می‌توان به صورت کلی به عنوان دسته‌ای از توربوماشین‌ها معرفی کرد. کمپرسور در سیستمی که در بالا معرفی شد، قلب تپنده سیستم را تشکیل می‌دهد. کمپرسور در این سیستم تهویه مطبوع، انرژی و نیروی پیشرانش یا تراست تولید می‌کند و در نتیجه این نیرو، مبرد درون سیستم به حرکت در می‌آید.

کندانسور

همانطور که اشاره شد گرمای اتاق توسط مبرد موجود در تبخیر کننده یا اواپراتور دریافت می‌شود. برای کامل شدن چرخه نشان داده شده، نیاز هست که مبرد تبخیر شده دوباره و طی فرایند میعان به حالت مایع بازگردد. این فرایند در کندانسور انجام می‌شود.

نکته مهمی که باید به آن توجه کنید این است که فرایند میعان، یک فرایند گرماده یا گرمازا است. بنابراین کندانسور در این فرایند، به عنوان وسیله‌ای محسوب می‌شود که گرما را از مبرد به محیط بیرون منتقل می‌کند.

خشک کن

به منظور حفظ کیفیت هوای اتاق، محفظه‌ای شامل فیلتر در اتاق قرار داده می‌شود که به وسیله آن می‌توان رطوبت موجود در اتاق را تنظیم کرد. توجه کنید که حضور این مدل فیلتر برای یک فضای کوچک و بسته، ضروری به نظر می‌رسد.

انواع سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC

شش نوع اصلی از سیستم‌های HVAC در این بخش مورد بررسی قرار خواهند گرفت. شیوه عملکرد کلی این شش سیستم تغییرات بسیار کمی نسبت به مباحث اشاره شده در بخش‌های قبل دارد.

پمپ حرارتی

همانطور که می‌دانیم، گرما به صورت معمول تمایل دارد که از جسم گرم به جسم سرد یا از محیط با دمای بالا به محیط با دمای پایین منتقل شود. اما پمپ حرارتی مجموعه‌ای است که مسیر حرکت حرارت را در خلاف حرکت معمول آن ایجاد می‌کند. در واقع پمپ حرارتی گرما را از جسم یا یک محیط با دمای پایین به جسم یا محیط با دمای بالاتر منتقل می‌کند.

شکل زیر نمایی از یک پمپ حرارتی را به تصویر کشیده است.

پمپ حرارتی یک سیستم با کارایی و بازده بالا است و با استفاده از روندی که در ابتدای بخش توضیح داده شد، دمای اتاق را کنترل می‌کند. حالتی را در نظر بگیرید که هدف از به کارگیری پمپ حرارتی، گرم کردن یک محیط است. در این حالت، پمپ حرارتی از چرخه و سیکل تبرید مورد استفاده در تهویه مطبوع و یخچال‌ها استفاده می‌کند ولی هوای گرم تولید شده را به سمت مخالف یعنی به درون اتاق منتقل می‌کند.

توجه کنید که با برعکس کردن جریان هوا در پمپ حرارتی، می‌توان از این وسیله برای خنک کردن یک اتاق استفاده کرد. نکته مهم دیگری که باید به آن اشاره کرد این است که وقتی پمپ حرارتی برای سرمایش مورد استفاده قرار می‌گیرد، مکان کویل‌ها در سیستم عوض می‌شود ولی چرخه عملکرد آن تغییر نمی‌کند.

در یک پمپ حرارتی، مایع موجود در تبخیر کننده و اواپراتور، به بخار تبدیل می‌شود و طی این فرایند از محیط گرما دریافت می‌کند. در مرحله بعد فشار این بخار توسط کمپرسور افزایش می‌یابد و پس از آن، گاز پر فشار به کندانسور وارد می‌شود و در این قسمت و طی فرایند میعان به مایع تبدیل می‌شود. توجه کنید که میعان یک فرایند گرماده یا گرمازا است و طی این فرایند، گاز موجود در سیستم گرما را به محیط انتقال می‌دهد.

یونیت پشت بامی

«یونیت پشت بامی» (Rooftop Unit) یا پکیج پشت بامی کاربرد بسیار زیادی در علم تهویه مطبوع و صنایع مرتبط به آن دارد. توجه کنید که این مجموعه را تحت عنوان «دستگاه انتقال هوا» (Air Handler) نیز معرفی می‌کنند.

این مجموعه، همانطور که از نام آن پیداست، از یک سیستم بزرگ تهویه مطبوع و HVAC تشکیل شده و در پشت بام قرار داده می‌شود. هدف از طراحی چنین سیستمی، معتدل کردن دمای یک محیط بزرگ است.

همانطور که اشاره شد، سیستم یونیت پشت بامی، از یک جعبه بزرگ در پشت بام ساختمان اداره یا سایر انواع ساختمان‌ها تشکیل شده است. درون این جعبه اجزای مختلفی مانند، یک دمنده، المان‌های گرمایش و سرمایش، فیلتر، محفظه‌ها و دمپرها قرار دارند.

جعبه بزرگی که در بالا معرفی شد، به داکت‌های سیستم تهویه ساختمان متصل است و از این طریق، هوای تولید شده در کل ساختمان توزیع می‌شود و در نهایت بر حسب مدلی که سیستم یونیت پشت بامی از آن استفاده می‌کند، هوا به داخل سیستم باز می‌گردد و چرخه کامل می‌شود. شکل زیر نمایی از یک سیستم یونیت پشت بامی یا دستگاه انتقال هوا را به تصویر کشیده است.

پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم

پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم و یا به صورت عمومی، هر کدام از پمپ‌های حرارتی زمین‌گرمایی، ابزارهایی برای تامین گرمایش و سرمایش پایدار و قابل تحمل هستند. در واقع این سیستم با استفاده از دمای متعادل زمین در زمستان و تابستان، گرمایش و سرمایش را انجام می‌دهد.

توجه کنید که استفاده از پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم، در زمان حاضر، روش رایجی نیست و دلیل این موضوع این است که این مجموعه باید در نزدیکی یک حجم انبوه آب قرار بگیرد. اما محبوبیت سیستم‌های مختلف پمپ حرارتی زمین گرمایی به سرعت رو به افزایش است. در واقع این سیستم یکی از سیستم‌های تولید انرژی پاک محسوب می‌شود و استفاده از آن کمک بسیار زیادی به محیط زیست می‌کند.

نکته مهمی که باید به آن توجه کرد این است که سیستم‌های پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم با بهره گرفتن از دمای متعادل زمین، بازده سیستم تهویه مطبوع و HVAC را بهبود می‌بخشند. توجه کنید که نکته فوق برای انواع مختلف پمپ حرارتی مانند فعالیت در آب یا زمین، کاربرد دارد. همچنین این نکته برای هر دو حالت گرمایش و سرمایش بیان شده است. شکل زیر نمایی از یک سیستم پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم را بیان می‌کند.

قدم بعدی در این سیستم این است که یک حفره در نزدیکی سیستم تهویه مطبوع یا HVAC ایجاد شود. بنابراین آب سرد در زیر زمین می‌تواند توسط سیستم به بالا منتقل شود و آب شرب و همچنین آب مورد نیاز برای چرخه پمپ حرارتی را تامین کند. بنابراین ابتدا آب بالا آمده از زمین، فیلتر می‌شود و سپس در یک مبدل حرارتی قرار می‌گیرد. بنابراین گرما از آب گرفته می‌شود و از این گرما برای افزایش دمای سیستم آب خانه استفاده می‌شود.

همانطور که بیان شد به وسیله سیستم پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم، می‌توان گرمایش و سرمایش و همچنین آب گرم مصرفی را در ساختمان‌های مسکونی، اداری و تجاری تامین کرد. در شکل زیر نمایی دیگر از یک سیستم زمین گرمایی را نشان می‌دهد که منبع تامین انرژی آن می‌تواند به صورت افقی یا عمودی در زمین باشد و یا این منبع می‌تواند یک رودخانه و مخزن آب در نزدیکی منطقه در نظر گرفته شود.

شکل زیر هم به صورت مختصر شیوه استفاده از منبع زمین گرمایی در زمستان و تابستان را به تصویر کشیده است. با توجه به این شکل و همچنین توضیحات و شکل‌هایی که در بالا بیان شد، شیوه استفاده و کاربرد دقیق سیستم پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم را در حالات مختلف می‌توانید به راحتی مورد بررسی و ارزیابی قرار دهید.

سیستم‌های پکیج تهویه مطبوع و HVAC

سیستم‌های پکیج تهویه مطبوع اندکی شبیه به سیستم یونیت پشت بامی هستند با این تفاوت که سیستم‌های پکیج تهویه مطبوع برای مصارف خانگی طراحی شده‌اند.

سیستم‌های تهویه مطبوع مانند کولرهای پنجره‌ای و اسپلیت‌های کوچک برای سرمایش اتاق‌های کوچک مورد استفاده قرار می‌گیرند و جرمی در حدود پنج تن دارند. در مقابل سیستم‌های تهویه مطبوع کوچک، سیستم‌های تهویه مطبوع مرکزی نیز حضور دارند، این سیستم‌ها برای مکان‌های بزرگ و با وزنی حدود 20 تن طراحی شده‌اند.

سیستم‌های پکیج تهویه مطبوع، نیز بین دو سیستم فوق قرار دارند. در واقع این سیستم‌ها برای افرادی مناسب است که مقدار مصرف و حجم خانه آن‌ها بین دو سیستم فوق قرار داشته باشد. توجه کنید که دو مدل مختلف از سیستم‌های پکیج تهویه مطبوع طراحی شده است که در ادامه مطلب به معرفی آن‌ها پرداخته می‌شود.

نوع اول این سیستم‌ها (سیستم‌های پکیج تهویه مطبوع)، سیستم‌های پکیج تهویه مطبوع با «کندانسور خنک شونده توسط آب» (Water Cooled Condenser) هستند. همانطور که از نام این نوع از سیستم‌های تهویه مطبوع پیداست، این مدل از سیستم‌های تهویه مطبوع، سیستم‌هایی هستند که خنک کننده و کندانسور آن‌ها به وسیله آب کار می‌کند.

توجه کنید که برای فعالیت این نوع از سیستم‌های تهویه مطبوع، آب به صورت ثابت و به مقدار کافی باید تامین شود. این مدل از سیستم‌ها معمولا در داخل ساختمان نصب می‌شوند. شکل زیر نمایی از عملکرد این نوع از سیستم‌ها را به تصویر کشیده است.

نمایی از ظاهر این سیستم نیز در شکل زیر نشان داده شده است.

نحوه عملکرد کلی این مجموعه نیز در شکل زیر به خوبی نشان داده شده است.

نوع دیگری از سیستم‌های پکیج تهویه مطبوع نیز حضور دارند که به نام سیستم‌های پکیج تهویه مطبوع با «کندانسور خنک شونده توسط هوا» (Air Cooled Condenser) معروف هستند. این نوع از سیستم‌ها، توسط هوای موجود در اتمسفر خنک می‌شوند و بنابراین یونیت‌های خارجی هستند و در محیط بیرون از خانه قرار می‌گیرند.

این نوع از سیستم‌های تهویه مطبوع از یک فن تشکیل شده‌اند که هوا را قبل از عبور از روی کویل‌های کندانسور به داخل محفظه می‌مکد. این موضوع مشابه حالتی است که در یونیت‌های پشت بامی مشاهده می‌شود.

این نوع از سیستم‌های تهویه مطبوع، نسبت به نوع قبلی (خنک شونده توسط آب) بسیار محبوب‌تر هستند. در واقع در این نوع از سیستم‌های تهویه مطبوع نیاز به طراحی دقیق و نگهداری منظم برای حضور جریان آب یکنواخت نیست. شکل زیر نمایی از این نوع از سیستم‌ها را به تصویر کشیده است.

شیوه قرار گرفتن اجزای مختلف این مجموعه در یک ساختمان نیز در شکل زیر نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می‌شود این مجموعه در خارج از ساختمان قرار داده می‌شود و از جمله یونیت‌های خارجی محسوب می‌شود. همچنین برای استفاده از این سیستم از کانال‌های خاصی در خانه استفاده شده است. بنابراین این سیستم از جمله سیستم‌های همراه با کانال به حساب می‌آید.

سیستم تهویه مطبوع و HVAC از نوع اسپلیت

سیستم «اسپلیت» (Split) به صورت ساده به حالتی گفته می‌شود که اجزای کلیدی آن از یکدیگر جدا شده‌اند و در مکان‌های مختلفی قرار گرفته‌اند. در واقع نام اسپلیت نیز در زبان انگلیسی به معنای جدا شده است. در واقع بخشی از این سیستم شامل کندانسور و کمپرسور در بیرون از اتاق و بخشی دیگر مانند دمنده و تبخیر کننده در داخل اتاق قرار گرفته‌اند.

این نوع از سیستم‌ها به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند. دسته اول «اسپلیت‌های کوچک« (Mini Split) نام دارد که به «سیستم بدون داکت» (Ductless System) نیز معروف هستند. دسته دوم، «سیستم مرکزی» (central system) نام دارد.

تهویه مطبوع با استفاده از سیستم مرکزی، دو مدل مختلف دارد. در شکل بالا (بخش قبل)، نمونه‌ای از سیستم‌های مرکزی از نوع پکیج را نشان داده است. در سیستم‌های پکیج مرکزی، کمپرسور، کندانسور و اواپراتور در داخل یک پکیج قرار دارند و این پکیج در مکانی نزدیک خانه و یا در سقف خانه نصب می‌شود.

نوع دیگری از سیستم‌های مرکزی وجود دارد که این سیستم‌ها به سیستم‌های مرکزی اسپلیت معروف هستند. در این نوع از سیستم‌های تهویه مطبوع، کندانسور و کمپرسور در بیرون از مجموعه و اواپراتور در داخل خانه قرار می‌گیرد و با استفاده از کانال، جریان هوا در خانه توزیع می‌شود. شکل زیر نمونه از سیستم‌های مرکزی از نوع اسپلیت را به تصویر کشیده است.

سیستم مرکزی در واقع سیستم‌های به همراه داکت محسوب می‌شوند و این سیستم‌ها قادر به کنترل دما در محیط‌های مختلف هستند. در واقع با قرار دادن بادگیرهای کنترل جریان هوا، می‌توان دمای برخی از اتاق‌ها را بیشتر و برخی دیگر را کمتر تنظیم کرد.

بنابراین زمانی که یک اتاق یا فضا به ندرت استفاده می‌شود، نیازی به سرمایش آن نیست و با استفاده از این سیستم مرکزی می‌توان سرمایش آن اتاق را متوقف کرد و در نتیجه با این کار صرفه جویی بسیار زیادی در انرژی و هزینه می‌شود.

در یک سیستم تهویه مطبوع از نوع اسپلیت، مبدل حرارتی درون یک محفظه مرکزی قرار گرفته است و با استفاده از یک دمنده، هوا از روی تبخیر کننده یا اواپراتور عبور می‌کند و خنک می‌شود و در نهایت هوای خنک شده به درون اتاق منتقل می‌شود.

شکل‌های زیر نمونه‌ای از سیستم اسپلیت بدون داکت یا اسپلیت کوچک را به تصویر کشیده است. با دقت به این شکل‌های اجزای مختلف یک سیستم اسپلیت به خوبی مشاهده می‌شود. در این شکل‌ها قسمتی که در داخل اتاق قرار می‌گیرد و قسمتی از سیستم اسپلیت که در خارج از اتاق قرار می‌گیرد به صورت مجزا به تصویر کشیده شده‌اند.

نحوه قرار گرفتن این نوع از سیستم‌ها نیز در شکل زیر به خوبی نمایش داده شده است. همانطور که مشاهده می‌شود اجزای مختلف این سیستم به صورت مجزا از یکدیگر قرار گرفته‌اند. بخشی از این سیستم در بیرون قرار دارد و بخشی دیگر که شامل تبخیر کننده یا اواپراتور و دمنده هوا است در داخل اتاق قرار گرفته‌اند. در واقع قسمت خنک این سیستم در داخل اتاق و قسمت داغ آن در بیرون از اتاق قرار گرفته است.

سیستم‌های بدون داکت

کوچکترین و پرفروش‌ترین نوع از سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC، سیستم‌های بدون داکت هستند. به همین دلیل بخش جداگانه‌ای را به این سیستم‌ها اختصاص دادیم. سیستم‌های بدون داکت یا اسپلیت‌های کوچک، برای مکان‌های با اندازه نسبتا کوچک، مانند یک اتاق بزرگ یا چند اتاق کوچک طراحی شده‌اند.

این نوع از سیستم تهویه مطبوع، کمترین میزان فضا در اتاق را نیازمند است. همچنین کمپرسور و مبدل حرارتی آن می‌تواند در مکان دورتر از ساختمان اصلی قرار بگیرد. بنابراین انعطاف پذیری زیادی در شیوه استفاده از این نوع سیستم‌های تهویه مطبوع وجود دارد.

سیستم‌های بدون داکت، اصلی‌ترین و بیشترین سهم در بازار را به خود اختصاص می‌دهند. در واقع با توجه به طراحی منعطف این سیستم‌ها و قابلیت بهره گرفتن از آن‌ها در خانه‌های مسکونی، استفاده از این نوع سیستم‌های تهویه مطبوع کاربرد بسیار زیادی دارد. این سیستم‌ها به راحتی نصب می‌شوند و زیبایی به خصوصی نیز دارند و در برخی از حالات، بخشی از تزئینات خانه به حساب می‌آیند.

ویژگی منفی سیستم‌های بدون داکت نسبت به سیستم‌های مرکزی این است که این سیستم‌ها هزینه عملکرد بالاتری دارند. اما این سیستم‌ها ویژگی‌های مثبتی نیز دارند. یکی از ویژگی‌های مثبت آن‌ها این است که نیاز به نصب داکت در طول ساختمان ندارند. بنابراین در یک ساختمانی که ساختن آن تکمیل شده، سیستم بدون داکت بهترین گزینه به حساب می‌آید و نیاز به تغییرات اساسی برای نصب داکت و کانال ندارد.

توجه کنید که بعد از تکمیل ساخت یک ساختمان، ایجاد داکت کار بسیار سختی به حساب می‌آید و راحت‌ترین کار استفاده از سیستم‌های بدون داکت است. این نوع از سیستم‌های تهویه مطبوع در شکل زیر هم به تصویر کشیده شده است.

بنابراین می‌توان بیان کرد که یک سیستم گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع، یکی از مهم‌ترین بخش‌های یک ساختمان است که سلامت و راحتی برای زندگی در آن ساختمان را تامین می‌کند و تاثیر به سزایی در میزان مصرف انرژی دارد. بنابراین انتخاب یک سیستم تهویه مطبوع درست، کمک بسیار زیادی به صرفه جویی در مصرف انرژی، کاهش هزینه و افزایش راحتی و سلامت دارد. نکته دیگری که به صورت دقیق به بررسی آن پرداخته شد این است که انواع مختلفی از سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC با توجه به مکان و اندازه ساختمان وجود دارد که شش مورد مختلف آن به صورت دقیق و کامل مورد بررسی قرار گرفت.

یکی از نکات اساسی در بحث تهویه مطبوع ساختمان‌ها این است که یک سیستم مناسب تهویه مطبوع با هدف کنترل دما، رطوبت و کیفیت هوای ساختمان ایجاد می‌شود. نکته دیگر این است که مباحث مطرح شده در علم تهویه مطبوع کاربرد بسیار زیادی در طراحی یک اتاق تمیز و همچنین کنترل آلاینده‌ها در اتاق تمیز دارد. توجه کنید که طراحی درست یک سیستم تهویه مطبوع، نیاز به انجام شبیه‌سازی دقیق و انجام محاسبات مختلف در علم دینامیک سیالات محاسباتی دارد.

این مطلب ابتدا به صورت دقیق مفاهیم کلی مورد استفاده در تهویه مطبوع و سیستم‌های HVAC را مورد مطالعه قرار داد و در ادامه انواع بخش‌های موجود در یک سیستم تهویه مطبوع و HVAC مانند سیستم گرمایش و سرمایش، مورد بررسی قرار گرفتند. پس از این موارد، نحوه عملکرد سیستم‌های مختلف تهویه مطبوع و HVAC بیان شد و در انتهای مطلب نیز انواع مختلف سیستم‌های تهویه مطبوع به همراه مزایا و کاربردهای آن‌ها مورد مطالعه قرار گرفتند. در مطالب بعدی وبلاگ فرادرس برای فهم دقیق مباحث تهویه مطبوع، مفهوم نقطه شبنم و شیوه استفاده از نمودار سایکرومتریک به صورت دقیق مطالعه شده‌اند.

در صورتی که به مباحث ارائه شده، علاقه‌مند هستید و قصد یادگیری در زمینه‌های مطرح شده در علم مکانیک سیالات را دارید، آموز‌ش‌های زیر به شما پیشنهاد می‌شوند:

• دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) — از صفر تا صد
• اتاق تمیز (Cleanroom) — به زبان ساده
• کنترل آلاینده‌ها در اتاق تمیز — به زبان ساده
• پیوستگی و بقای جرم در سیالات — از صفر تا صد

^^