تهویه مطبوع به صورت دقیق عبارت است از فناوری تبدیل کردن شرایط طرح داخل به شرایطی استاندارد یا آسایش مطلوب. این شرایط ذکر شده میتواند شامل دما، کیفیت هوا، رطوبت و یا فشار باشد. طراحی کردن سیستم یا آموزش تهویه مطبوع بر عهده مهندس مکانیک است و این مهم را با استفاده از اصول مکانیک سیالات، ترمودینامیک و اصول انتقال حرارت انجام می‌دهد. در برخی از موقعیت‌ها لغت تبرید نیز به دنبال اصطلاحات تهویه مطبوع می‌آید.
تعریف تهویه مطبوع
تهویه مطبوع به فرایندهای تخصصی در جهت تأمین هوای با کیفیت و به اندازه لازم گفته می‌شود. این فرایندها به واسطه تجهیزات تأمین کننده هوای تازه و همچنین تجهیزات بهبود کیفیت انجام می‌شود. در حقیقت تهویه مطبوع همانند یک پازل است که اجزای متفاوت آن به تأمین شدن تصویر کلی و رسیدن به هدفی یکسان کمک می‌کنند؛ به عنوان مثال در حالیکه هواساز مشغول انجام وظیفه‌ی تأمین هوای تازه میباشد، چیلر تراکمی در حال خنک ساختن آن هوا و در عین حال بویلر چگالشی مشغول گرم کردن آب میباشد.
تهویه مطبوع به معنی انجام عملیاتی بر روی هوا است به جهت اینکه شرایط هوای محل مورد نظر را برای زیستن، فعالیت کردن و یا عملیات‌های صنعتی معین، راحت‌تر و بهداشتی کرد و به حدی از مطلوبیت کافی برسانیم. تهویه مطبوع موجب می‌شود شرایط هوا بر طبق روشی خاص و به شکل اتوماتیک در شرایط ثابت بماند یا تغییر کند.
تهویه مطبوع که به آن هوارسانی دلپذیر یا هوایش دلپذیر هم گفته می‌شود در حقیقت شاخه‌ای از رشته مهندسی مکانیک است. وظیفه اساسی آن تأمین ساختن شرایطی است که موجب رفاه انسان گردد و در جهت نگهداری محصول یا فرایند خاصی مورد نیاز باشد. برای انجام دادن چنین عملی و رسیدن به این اهداف دستگاهی با ظرفیت مناسب باید اجرا و نصب و در طی زمان عملکرد آن کنترل گردد.
استاندارد مرجع تهویه مطبوع در سطح آمریکا استاندارد ASHRAE میباشد و به عنوان مرجع اساسی طراحی در کنار مباحث چهاردهم و شانزدهم نظام مهندسی مورد بهره برداری قرار می‌گیرد. نرم افزاری که بیشترین استفاده و محبوبیت را در زمینه‌ی محاسبه‌ی بارهای حرارتی و بارهای برودتی در میان مهندسین ایرانی دارد، نرم افزار آنالیز ساعتی کریر Carrier HAP میباشد.
تاریخچه تهویه مطبوع
تهویه مطبوع را می‌توان یکی از مهمترین اختراعات بشر مدرن شناخت. انجام عملیات‌ها و فرایندهای مختلف به روی هوا در جهت تامین کردن آسایش یا ایجاد شرایط طرح و موردنظر از عوامل اساسی و کلیدی زندگی مدرن امروزه به شمار می‌آید. بدون بهره بردن از سیستم تهویه مطبوع، بسیاری از ساختمان‌های مدرن امروزی عملا بلا استفاده می‌گردند.
تهویه مطبوع کمک بسیار شایانی به زندگی در مناطق غیر قابل سکونت کرده و به شکل کاملا محسوس در میزان پراکندگی جعرافیایی جمعیت کشورها تاثیر مستقیم یا غیرمستقیم داشته است. جالب است بدانیم که استفاده کردن از سیستم تهویه مطبوع در بیمارستان‌ها باعث نجات یافتن جان بسیاری از بیماران گردیده است و مقدار استفاده آنتی بیوتیک پس از عمل و در دوره‌ی بهبودی بیماران را به طرز چشمگیری کاهش داده است. به جرات می‌توان بیان کرد که بدون استفاده از تهویه مطبوع دیتاسنتر ها و متعاقبا اینترنت قابلیت عملکردی چندانی نداشت.
مهمترین دانشمندی که به صورت اساسی شروع به نظریه پردازی در خصوص فرایندهای مختلف که در نهایت به پدید آمدن تهویه مطبوع انجامید آقای سعدی کارنوی فرانسوی بود که سیکل کارنو را در سال 1890 تئوری بندی کرد. اگرچه دانشمندان بسیار زیادی پیش از ایشان کمک شایانی به پیشرفت و جلو بردن علم نمودند اما نقش کارنوی فرانسوی غیرقابل انکار است.
صفحات چین دار، یک ایده جذاب
ایده‌ی سرمایش مصنوعی با استفاده از تجهیزات مهندسی برای سال‌های طولانی به کنار گذاشته شد تا اینکه مهندس جوانی به نام ویلیس کریر در سال 1902 میلادی در شرکت بوفالو فورج مشغول به اشتغال شد. آقای کریر بر روی حل مسئله رطوبت شرکت لیتوگرافی و چاپخانه ساکت ویلمز متمزکر بود چرا که در نتیجه‌ی رطوبت بیش از حد صفحات مجلات چین دار می‌شدند. بعد از به انجام رساندن تحقیقات طولانی آقای کریر سیستمی را طراحی کرد که می‌توانست با استفاده بردن از کویل های سرمایشی رطوبت را تا حد مطلوبی کنترل کند.
پتنت اختراع این دستگاه با نام دستگاهی جهت انجام عملیات و فرایبد به روی هوا که قادر است رطوبت‌گیری و یا رطوبت‌دهی انجام دهد به نام او ثبت گردید. همانگونه که او به انجام تست‌ها و بهینه سازی فناوری خودش ادامه می داد، قادر به ثبت پتنت ساخت سیستم کنترل اتوماتیک رطوبت و دمای هوا را در زمینه‌ی صنایع نساجی شد. مدت زمان زیادی طول نکشید تا آقای کریر متوجه شد که قادر است با استفاده از فناوری‌های کنترل رطوبت و تهویه مطبوع روی تمامی صنایع مختلف اثرگذار باشد که نتیجتا از شرکت بوفالو فورج خارج شد و با همراهی ۶ مهندس متخصص دیگر شرکت مهندسی کریر را تاسیس کرد.
تهویه و تاسیسات آن چه اهمیتی دارد
امروزه به دلیل گسترش یافتن زندگی ماشینی و وابسته به تکنولوژی و افزایش بی سابقه آلاینده‌ها و ویروس‌های متعدد در سطوح گسترده، سلامت هوای محیط تاثیری بسیار مهم بر زندگی انسان‌ها داشته است و از اهمیت بسیاری برخوردار است. به همین دلیل استفاده کردن از سیتم‌های تهویه مطبوع هوای ساختمان، مجتمع ها، محل کار و… می تواند بر بهبود یافتن سبک زندگی و سلامتی انسان‌ها تاثیر بسیار زیادی داشته باشد.
هدف از تهویه
تهویه مطبوع از طرق مختلف این شرایط را در محیط های مسکونی، تجاری، صنعتی، پزشکی، اداری و بدون در نظر گرفتن هرگونه شرایط آب و هوایی برای انسان فراهم می‌کند:
- پدید آوردن هوای پاک و سالم
- کنترل کردن سرعت وزش هوا و تصفیه‌ی هوا
- کنترل کردن رطوبت به وسیله‌ی خشک کردن ورطوبت دهی
- کنترل کردن دمای محیط به وسیله‌ی سرمایش و گرمایش دهی
- ضد عفونی و ایزوله کردن هوا در محیط‌های خاص پزشکی و بیمارستان ها
همچنین تهویه ی مطبوع نقشی بسیار مهم و حیاتی در آسمان خراش‌های بزرگ و محیط‌های دریایی مثل آکواریوم ها، که تامین ایمنی و سلامت محیطشان کاملا وابسته به تغییرات دما و رطوبت است، ایفا می‌کند. اساسا طراحی سیستم های HVAC به عنوان یکی از زیرگروهای اصلی مهندسی مکانیک محسوب می‌شود و فرایندها و عملکردهای آن بر اساس اصول ترمودینامیک، مکانیک سیالات و انتقال گرما به وجود آمده است.
جهت شرکت در دوره آموزشی ابزار دقیق کلیک کنید
برخی تجهیزات و تاسیسات تهویه
همانطور که بالاتر گفته شد، سیستم‌های تهویه مطبوع مانند یک پازل می‌باشند که هر یک از اجزای مختلف آن به صورت گرفتن تصویر کلی و رسیدن به هدفی واحد کمک می‌کنند. در ادامه با برخی از مهمترین قطعات این پازل آشنا می‌شویم:
چیلرجذبی، تراکمی و عادی
چیلر به شکل کلی عبارت است از تجهیزات مولد سرما که در برخی انواع می‌توانند همراه با یک کمپرسور یا ژنراتور باشد. چیلر جذبی با استفاده بردن از جاذب لیتیوم بروماید و مبرد آب عمل سرد کردن آب را انجام می‌دهد که در بخش ژنراتور می‌توان با استفاده از مشعل و به صورت شعله مستقیم یا با یاری گرفتن از لوله‌های آب یا بخار به عمل رطوبت گیری لیتیوم بروماید اقدام کرد. این چیلرها آب خنک بوده و با کمک گرفتن از برج خنک کننده کندانسوري آنها سرد می‌شود. چیلر کمپرسوری میتواند با کمپرسور اسکرال یا اسکرو سیکل تبرید را کامل کند. چیلر تراکمی سانتریفیوژ همچنین در این دسته‌بندی قرار می‌گیرند و مشتمل بر انواع سانتریفیوژ با پروانه‌های تک مرحله ای، سانتریفیوژ با پروانه‌های دو مرحله‌ای و توربوکر هستند.
بویلر
در واقع تجهیزات مولد گرما است و با استفاده کردن از گاز طبیعی و مشعل، آب گرم مورد احتیاج را تولید می کند. دستگاه‌هایی مانند پکیج های گرمایشی از انواع کوچک سازی شده و مستقل بویلر هستند و دیگ‌های چدنی به صورت کلی برای ساختمان‌های با کارایی اداری و مسکونی با متراژ متوسط کارایی دارند.
وی آر اف
VRF ترکیبی از یونیت های داخلی کاستی، دیواری یا کانالی به همراه یونیت های خارجی مرکزی میباشد که برای پروژه متراژ متوسط کاربرد دارد. به این صورت که هر یونیت داخلی به یک یونیت خارجی وصل نمیشود و در عوض چند یونیت داخلی به یک یونیت خارجی واحد متصل می گردند.
منابع حرارتی
منابع حرارت به صورت معمول با مصرف کردن سوخت یا الکتریسیته به تولید حرارت می‌پردازند که بر پایه نوع سیالی که گرم می‌شود با نام‌ها و اصطلاحات دیگر (منابع حرارتی که وظیفه گرم کردن سیال مایع را دارند) و کوره (منابع حرارتی که وظیفه گرم کردن سیال گاز را دارند) شناخته می‌شوند.
منابع برودتی
در تمامی سیستم‌های مکانیکی ایجاد سرمایش فقط از راه برودت تبخیری ممکن است و هرچه میزان سرعت تبخیر یک ماده بیشتر باشد، مقدار سرمایش ایجاد شده به واسطه آن نیز بیشتر خواهد بود. منابع برودت در سیستم‌های رایج سرمایش و گرمایش به نام چیلر شناخته می‌شوند و به دو دسته ضربه‌ای یا معمولی و چیلر جذبی دسته‌بندی می‌شوند. در هر دو دسته سرمایش بر اثر بخار شدن ماده‌ای به نام ماده مبرد که به صورت معمول گاز است ایجاد می‌گردد.
مخازن انبساط
این بخش تنها در سیستم‌های تمام آب حضور دارند. در سیستم‌های تمام آب چونبه این دلیل که مدار حرکت سیال یک مدار بسته میباشد با تغییر دادن دمای سیال موجود در سیستم و یا تغییر یافتن حجم آن به اتصالات سیستم و به صورت کلی تمام مدار فشار وارد شده و امکان دارد باعث ایجاد اشکال در عملکرد سیستم شود. منبع انبساط در واقع قطعه‌ای است که وظیفه کنترل کردن تغییر حجم سیال را به عهده دارد.
پمپ ها
این دستگاه‌ها به صورت کلی وظیفه به حرکت درآوردن سیالات مختلف را به عهده دارند. پمپ‌هایی که موجب حرکت سیال مایع می‌شوند معمولاً از انواع پمپ‌های حلزونی می‌باشند و پمپ‌هایی که موجب حرکت سیالات گاز می‌شوند، فن یا بادزن خوانده می‌شوند و در دو نوع جریان محوری و جریان عمودی بکار می‌روند.
HVAC چیست
مخفف حروف ابتدایی ‘Heating, Ventilating and Air Conditioning که در اصطلاحات صنعتی به مجموعه فناوری‌های مرتبط با «گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع» گفته می‌شود که به صورت کلی در برگیرنده فناوری‌های مرتبط با ایجاد آسایش از طریق تهویه و همچنین ایجاد شرایط دمایی مطبوع برای انواع مختلف محیط‌های داخلی ساختمان‌ها است. تخصص طراحی سامانه‌های ایچ‌وی‌ای‌سی در واقع یکی از زیرگروه‌های اصلی رشته مهندسی مکانیک و برپایه اصول ترمودینامیک، انتقال گرما و مکانیک شاره‌ها میباشد.
جهت شرکت در دوره آموزش HVAC نوین پارسیان کلیک نمایید
برخی مواقع بحث مربوط به سردسازی نیز به مباحث آن اضافه می‌شود و نام اختصاری آن به صورت HVACR یا HVAC&R بیان می‌شود. تا حتی در برخی از موارد خاص بحث تهویه نیز از آن حذف شده و به عنوان HACR نیز به کار می‌رود. ایچ‌وی‌ای‌سی نقشی بسیار مهم و اساسی در زمینه طراحی ساختمان‌های صنعتی و اداری متوسط تا بزرگ همانند انواع آسمان‌خراش‌ها و همچنین محیط‌های دریایی مثل آکواریوم‌ها، که سلامت و ایمنی محیطی تابعی بر تغییرات دمایی و رطوبتی است، دارد.
تاریخچه HVAC
پایه و اساس صنعت گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع توسط اختراعات و اکتشافات افرادی مانند مایکل فارادی، ویلیس کریر، روبن‌ترین، جیمز ژول، ویلیام رانکین و نیکولا سعدی کارنو گذاشته شده‌است.
اجزای مختلف تشکیل دهنده یک سیستم تهویه
پمپ ها: وظیفه‌ی اساسی حرکت سیال ها را دارند.
مخازن انبساطی: این مورد فقط در سیستم های تهویه مطبوع تمام آب وجود دارد.
هواکش و فن ها: هواکش و فن‌ها قلب‌های تپنده‌ی این سیستم‌ها می‌باشند آنها وظیفه‌ی به انجام رساندن عمل جابجایی هوای سرد یا گرم عبوری از کویل ها را دارند.
کویل ها: نقطه‌ی تبادل حرارت در سیستم‌های گرمایش و سرمایش هستند و به دو بخش اساسی سرمایشی و گرمایشی طبقه‌بندی می‌شوند.
رطوبت گیر ها: این وسیله با سرد ساختن هوا دمای آن را به پایین نقطه‌ی شبنم می‌رساند و در نتیجه رطوبت هوا به شکل قطرات ریز از هوا خارج می‌گردند.
جهت شرکت در دوره آموزشی تجهیزات دوار آموزشگاه نوین پارسیان کلیک کنید
تقسیم بندی در تاسیسات از نظر دما
زمستانی و تک فصلی گرم کننده
شوفاژ با دیگ آب گرم و پکیج دیواری از جمله سیستم هایی هستند که توانایی گرمایش در زمستان را دارند.همچنین سیستم های دارای حرارت مرکزی، بخاری و شومینه ها نیز از این قابلیت برخوردار هستند که کیفیت پاسخگوییپایین تر و نواقص بیشتری نسبت به سیستم های حرارت مرکزی دارند.
تابستانی و تک فصلی سرد کننده
اسپلیت (سرد کننده)، کولر گازی و کولر آبی از جمله سیستم های تک فصلی سرد کننده هستند که کارکرد آن ها بر اساس چرخه های تبرید بوده و سیستم های متفاوتی دارند.
دو فصلی گرم و سرد کننده
چیلر، مینی چیلر، فن کویل، سیستم VRF و هواساز از جمله سیستم هایی هستند که در دو فصل گرم و سرد سال قابل استفاده هستند. کاکرد آن ها به این صورت است که یا از سیستم یکپارچه ی دو فصلی و یا از دو سیستم مجزای زمستانی و تابستانی به صورت همزمان استفاده شده است. این نوع از سیستم ها در مناطق سردسیر یا گرمسیر کاربرد ندارد و باید از سیستم های تک فصلی استفاده شود. ولی در سایر مناطق استفاده از سیستم دو فصلی رواج بیشتری داشته زیرا قابلیت بیشتری دارد و در برخی هزینه ها صرفه جویی می شود.
تقسیم بندی تاسیسات از نظر سیال
به طور معمول سیستم های تهویه ی مطبوع بر یک نوع سیال مشخصی استواراند و گرما و سرما را از این سیال مشخص به محل های مورد نظر منتقل مینماید.بر همین اساس می‌توان سیستم های تهویه ی مطبوع را بر طبق نوع سیالشان تقسیم بندی کرد که عبارتند از:
1) سیستم های تهویه مطبوع تمام هوا
2) سیستم های تهویه مطبوع آب و هوا
3) سیستم های مطبوع تمام آب
که اکنون به توضیح هر یک از این سیستم ها واجزای تشکیل دهنده ی آن ها می‌پردازیم.
سیستم های تهویه هوا
سیستم تهویه مطبوع تمام هوا تنها سیستمی میباشد که میتواند تهویه مطبوع کاملی را فراهم نماید. اما ایراد بزرگی را دارا میباشد که این ایراد عبارت است از حجم بالای تجهیزات و کانال های آن به منظور انتقال هوا. در این نوع تهویه هوا در جایی دور از مکان مورد نظر تهویه فراهم می‌گردد و به وسیله‌ی کانال های هوا به محل مورد نظر فرستاده می‌شود. در این سیستم در موتور خانه دستگاه های تهیه آبسرد یا همان چیلر و تهیه آب گرم یا همان دیگ آب گرم استفاده می‌شود و همچنین برای ارسال هوای گرم یا سرد از دستگاهی به اسم هواساز مرکزی a.h.u استفاده می‌شود
سیستم های تهویه آب
این سیستم نیز دارای ایرادات و معایبی است این سیستم نمی‌تواند بر روی رطوبت هوا تاثیر بگزارد ولی به لحاظ کم حجم بود تجهیزات و همچنین هزینه ی پایین میتواند مطلوب باشد.
در این سیستم ناقل حرارت آب است آب در داخل موتور خانه بوسیله ی دیگ بخار گرم می‌شود و برای گرم کردن و تهویه ساختمان در فصل سرما استفاده می‌شود و برای فصل گرما از سرد کننده آب مانند چیلر استفاده می‌شود آب سرد یا گرم تولید شده به داخل کویل ها فرستاده می‌شود باد بزن از روی کویل عبور کرده و باعث سرما یا گرمای اتاق می‌شود.
سیستم های تهویه آب و هوا
در این نوع از سیستم‌های تهویه مطبوع با هم دو مزیت و هم دو عیب سیستم‌های تمام آب و تمام هوا روبرو هستیم در این نوع از سیستم‌ها سرمایش به واسطه‌ی هوا و گرمایش به واسطه‌ی آب تهیه می‌گردد. به شکل کلی در این روش گرما به دو شکل گرمایش با آب گرم که دمای آن 70 تا 90 درجه سانتی گراد است فعالیت می‌کند که بیشتر برای خانه ها استفاده دارد.
جهت شرکت در دوره آموزشی مدیریت پروژه کلیک کنید
مزایای سیستم های تهویه مطبوع
سلامتی
در هوای گرم، تهویه مطبوع میتواند از مشکلات بسیار زیادی همانند گرمازدگی، از دست دادن بیش از حد آب بدن به دلیل تعریق زیاد و سایر مسائل مرتبط با هایپرترمی جلوگیری کند. امواج گرما در واقع کشنده‌ترین نوع پدیده هوا در تمامی جهان است. از تهویه مطبوع می‌توان در جهت ایجاد یک فضای ایمن، تمیز و ضد آلرژی در اتاق عمل بیمارستان‌ها و یا بقیه محیط‌هایی که ر آنها نیازمندی حیاتی به تهویه‌های مداوم احساس می‌شود، استفاده نمود.
مزیت اقتصادی
تهویه مطبوع موجب ایجاد تغییرات مختلفی در جمعیت‌شناسی شده است، به ویژه تغییر وضعیت ایالات متحده آمریکا از دهه ۱۹۷۰میلادی به بعد میزان رشد جمعیت با معرفی تهویه هوای مطبوع افزایش یافت به طوری که والدین در فصول سرد سال سعی می‌کردند فرزند دار نشوند به دلیل بیماری‌هایی که ناشی از سرمای بیش از حد و رطوبت هوا بود. اما پس از ورود تهویه‌های هوا شاهد رشد جمعیت در ایالت متحده آمریکا در همان سال بودیم. میزان مرگ و میر با ورود تهویه‌های هوا تحت تأثیر قرار گرفت، به ویژه در طول تابستان و در مناطق با گرمای بسیار طاقت فرسا در این مناطق تا ۲٪ شاهد کاهش مرگ و میر نسبت به دهه ۱۹۳۰ میلادی تا ۱۹۹۰میلادی بودیم.
افزایش تولیدات ناخالص
این اختراع که ابتدا برای صنایع تولیدی مانند مطبوعات و همچنین کارخانه‌های بزرگ طراحی شده بود، به سرعت به ادارات دولتی هم رسید. در حقیقت، مطالعات منتشر شده بر روی این موضوع نشان دهند افزایش بهره‌وری نزدیک به ۲۴٪ را در مکانهای مجهز به تهویه مطبوع نشان می‌دهد.
