برای اینکار نیاز به دستگاهی است که علاوه بر داشتن ظرفیت مناسب ، قابل کنترل نیز باشد.
عمده ترین وظایف سیستم های تهویه مطبوع بطور خلاصه به شرح زیر است :
1) کنترل دما : افزایش ، کاهش و بطور کلی کنترل دما با توجه به درجه حرارت مورد نیاز می باشد.
2) کنترل میزان و سرعت وزش هوا : میزان هوای مورد نیاز جهت تهویه ، اگزوست ، هوای تازه و سرعت وزش آن با توجه به شرایط موجود است.
3) کنترل رطوبت : با توجه به رطوبت موجود در هوا ، تنظیم رطوبت مورد نیاز از طریق عمل رطوبت زنی یا رطوبت گیری انجام می گیرد.
4) تصفیه هوا : و یا به عبارتی دیگر ، گرفتن گرد و غبار هوا که این عمل با تصفیه ی هوا باعث جلوگیری از انسداد ذرات موجود در هوا و در نتیجه محافظت کویل و اپراتور شده و هوا از ذرات آلاینده پاک می گردد
هدف در صنعت تهوية مطبوع تأمين شرايط مطلوب آسايش در داخل ساختمان و يا تأمين شرايطي خاص در يک فضاي مورد نظر اعم از ساختمان های مسکوني ، اداري ، هتل ، بيمارستان ، داخل وسائل نقليه (هواپيما، اتومبيل، قطار و...) و نيز فضاهاي خاص توليدي مانند فضاهاي توليد تراشه هاي الکترونيکي ، دارويي ، بهداشتي و ... می باشد.
به منظور تأمين شرايط مطلوب و مطبوع در هر يک از مکانهاي ياد شده، سيستم هاي تهویه ی مختلف و مخصوص آن مکان طراحي و اجرا مي شود . برخي از معيارهايي مقايسة سيستم های تهويه مطبوع عبارتند از:
1- چگونگي تأمين شرايط آسايش و يا شرايط خاصّ مورد نظر
2- چگونگي کارکرد سيستم تهویه مطبوع
3- ميزان و درجة آسايش مورد نیاز
4- ظرفيت سيستم تهویه مطبوع
5- وضعيت جاگيري و اشغال فضا توسط این سيستم ها
6- هزينه هاي اوليه (هزينه هاي تدارک و نصب و راه اندازی)
7- هزينه هاي بهره برداري(running cost ) مانند هزينه هاي مصرف گازوئيل، آب، برق و ...
8- قابل اطمینان بودن سيستم
9- انعطاف پذیری سيستم
10- هزینه های تعمير و نگهداري سيستم
11- چگونگي وضعيت تملک و استفاده از فضاها
لذا قبل از طراحی سیستم تهویه مطبوع لازم است که اطلاعات جامعي از ميزان بودجه، درجة آسايش مورد نظر، امکان توسعه در آینده و ... در اختيار داشت.
عواملي موثر در یک سيستم تهویه مطبوع خاص عبارتند از :
1- ميزان بار برودتي و گرمايشي
2- منطقه بندي
3- معماري ساختمان
4- دیگر عوامل محدود کننده ( صدا ، کنترل رطوبت ، کنترل فشار هوا مثلاً در هواپيما ، ميزان مصرف انرژي و نوع آن ، گسترش آتي )
در طراحي سيستم هاي تهويه مطبوع باید جنبه هاي مختلفي در نظر گرفته شود. و بعضا چندين گزينه براي يك پروژه خاص وجود دارد. براي طراحي چنين سيستم هايي نیاز به درك جامع و كاملي از تهويه مطبوع است و باید شناخت خوبی از نياز هاي مشتري و موانعي را كه در طراحي وجود دارد داشته باشیم.
چرخه ی کلی یک خنک کننده شامل این چند بخش می باشد :
۱- مبدل حرارتی
۲- شیر انبساط گرمایی
۳- اوپراتور
۴ - کمپرسور
ظرفیت دستگاه های تهویه بر اساس حدالکثر بار لحظه ای واقعی تعیین می گردد و تخمین آن گاهی با روش دقیق و گاهی با روش های سرانگشتی محاسبه می گردد. دقت در تخمین بار باعث بهینه سازی مصرف انرژی می شود.
تهویه مطبوع شامل سرمایش ، گرمایش ، رطوبت زنی ، رطوبت زدایی و تصفیه ی هوا است
انواع سیستمهای تهویه مطبوع
تهویه مطبوع سیستمی است که بتواند سه فاکتور ، رطوبت ، دما و سرعت جریان هوا را کنترل کند. بطور کلی تمام سیستمهای تهویه مطبوع برای انتقال گرما و سرما به سیال نیاز دارند. سیستمهای تهویه مطبوع بر اساس نوع سیال به سه دسته تقسیم می شوند:
۱- سیستم های تمام هوا
۲-سیستم های آب و هوا – آب
۳-سیستم تهویه مطبوع تمام آب
سیستم تهویه مطبوع تمام آب
این سیستمها قادر به تنظیم رطوبت هوا نیستند اما بخاطر حجم کم تأسیسات و همچنین هزینه پایین راه‌اندازی و نگهداری بر سایر سیستمها مزیت دارند.
در این سیستم ، سیال ناقل حرارت و برودت آب می‌باشد. آب در دستگاه‌های حرارتی موتور خانه مانند دیگ بخار یا دیگ آبگرم، گرم شده و برای گرم کردن ساختمان در فصول سرد مورد استفاده قرار میگیرد. برای فصول گرم در موتورخانه از چیلر یا آبسرد کن برای تامین آب سرد استفاده می‌شود و برای سرمایش ساختمان از این آب سرد استفاده می‌گردد. آبگرم و آبسرد تهیه شده به داخل کویل‌های مبدل حرارتی اتاق‌ها (مثل فن کویل) فرستاده می‌شود . بادبزن یا فن ، هوا را از روی کویل عبور داده و باعث گرمایش یا سرمایش اتاق‌ها می شود.
سیستم تهویه مطبوع تمام هوا
این سیستم تنها سیستمی است که می‌تواند تهویه مطبوع کاملی را فراهم آورد. مهمترین ایراد این سیستمها حجم زیاد کانالها و تجهیزات انتقال هوا می‌باشد.
در موتور خانه این سیستم نیز دستگاه‌های تهیه آبسرد ( چیلر ) و آبگرم ( دیگ آبگرم ) با تجهیزات مربوطه فعالیت می‌کنند و برای تهیه و فرستادن هوای گرم یا سرد از دستگاه‌هایی بنام هواساز مرکزی (a.h.u) استفاده می‌شود. دستگاه هواساز دور از موتورخانه و در اتاقکی کنار جایی که قرارا است هوا تهویه شود نصب می‌شود. سیال ناقل حرارت و برودت به داخل کویل دستگاه هواساز پمپ می شود. این هوا به کمک فن با سرعت از روی این کویل عبور کرده سرد یا گرم می شود و سپس بوسیله کانال‌های هوای سقفی در فضاهای مورد نظر دمیده می شوند. لازم به ذکر است تصفیه فیزیکی و رطوبت زنی یا رطوبت گیری هنگام عبور هوا از روی کویل انجام می‌شود و سپس به داخل فضاها دمیده می‌شود.
سیستمهای هوا – آب
این سیستمها مزیت‌ها و معایب هر دو سیستم قبل را دارند . در این سیستمها معمولاً گرمایش بوسیله آب و سرمایش بوسیله هوا صورت میگیرد. لازم به ذکر است گرمایش با آب معمولاً به دو صورت امکانپذیر است. گرمایش با آب گرم با دمای ۷۰تا ۹۰درجه و گرمایش با آب داغ . در گرمایش با آب داغ کل سیستم تحت فشار قرار گرفته ، دمای آب تا حدود۱۸۰درجه یا بالاتر افزایش میابد. گرمایش با آب داغ معمولاً در ساختمانهای عظیم یا جاهایی که افزایش مسیر لوله کشی باعث افت حرارت می‌شود ، مورد استفاده قرار میگیرد.
دستگاه ایرواشر (هواشوی )
دستگاه ایرواشر دستگاهى است که بوسیله آن می توان عمل سرمایش و رطوبت زنى را در ظرفیتى بالا به نحو احسنت انجام داد. در بسیارى موارد این دستگاه به عنوان جزئى از دستگاه هواساز عمل رطوبت زنى را انجام میدهد اما بر حسب نیاز این دستگاه به تنهایى نیز مورد استفاده قرار میگیرد.
سیستم هوا شوی
نحوه عملکرد دستگاه ایرواشر بدین صورت است که یک پمپ ، آب شهری را در سیستم لوله کشی و توزیع آب دستگاه ایرواشر به گردش می اندازد و سپس آب بصورت پودر و با فشار بالا توسط نازل های تعبیه شده در ایرواشر سیستم بر روی تشتک انتهایی دستگاه پاشیده می‌شود. این عمل باعث افزایش انتقال حرارت بین آب و هوا شده و به کمک فن سانتریفوژی که در جلوی ایرواشر قرار دارد هوای خنک و مرطوبی را ایجاد می کند.
درصورت استفاده ی مستقل از دستگاه برای ورودى هوا می توان از فیلترهاى مناسب استفاده نمود. ظرفیت هوادهى دستگاه متناسب با دستگاه هواساز و از ظرفیت ۲۵۰۰ cfm تا ۴۰۰۰۰ cfm می باشد.
دستگاه ایرواشر با زدودن غبار وذرات و سایر آلودگی ها از هوایی که به آن وارد می شود هوا را تمیز می کند . هوا توسط فن به داخل مکیده شده و با عبور از دیفیوزر به قسمت آبفشان می رسد. در آنجا بارانی از پودر آب روی هوای وردی ریخته و ذرات معلق و آلودگی ها را شسته و هوای تمیز حاصل شده به محل مورد نظر تهویه می شود. آبی مورد استفاده برای شستشوی هوا باید قبل از گردش مجدد در دستگاه هواشوی پاکیزه شود. بدین منظور آب آلوده از یک صافی عبور کرده و اجرام و ذرات از آن زدوده می شود. برای اجتناب از یخ زدن آب پاششی در هوای خیلی سرد یک کویل گرمکن آب تعبیه می شود.
دستگاه ایرواشر علاوه بر پالایش گرد و غبار و آلودگی ها از هوا سه وظیفه مهم دیگر نیز انجام می دهد :
- رطوبت زنی
- رطوبت گیری
- خنک کردن هوا به روش تبخیری
همچنین این دستگاه باعث افزایش رطوبت نسبی هوا می شود ولی این گردش هوا در سیستم ایرواشر نتیجه نا مطلوبی دارد و برای اجتناب از این مورد باید ورودی هوای تازه اضافه گردد
از این رو سیستم هواشوی در هوای گرم و خشک به عنوان یک دستگاه خنک کننده مورد استفاده قرار می گیرد .
از طرفی استفاده از سیستم هواشوی باعث صرفه جویی در مصرف برق و آب می شود. دستگاه های هواشوی جدید ، شست و شوی هوا را تحت فشار فوق اشباع مه پاش انجام می دهند که اینکار موجب عملکرد بهتر و صرفه جویی بیشتر می شود. این سیستم جدید ، مصرف برق ایرواشر ها را۸۰ درصد و مصرف آب را نیز حدود۳۰ درصد کاهش می دهد و علاوه برآن باعث می شود بسیاری از هزینه های تعمیر و نگهداری سالیانه کاهش یابد.
اجزا سیستم تهویه مطبوع
در این قسمت خلاصه‌ای از اجزای بکار رفته در سیستم های تهویه معرفی می‌شوند. این اجزا هر کدام به گونه‌ای در سیستم های مختلف تهویه مطبوع به کار رفته‌اند.
منابع حرارت
معمولاً منابع حرارت با مصرف سوخت های فسیلی یا الکتریسیته باعث تولید حرارت می شوند. منابع حرارت بر اساس نوع سیالی که گرم می‌شود با نام‌های دیگ حرارتی یا کوره حرارتی شناخته می شوند. دیگ های حرارتی منابع حرارتی ای هستند که سیال مایع را گرم می‌کنند. ولی در کوره های حرارتی سیال گاز را گرم می‌کنند.
منابع برودت
ایجاد سرمایش در تمام سیستمهای مکانیکی تنها از طریق برودت تبخیری امکانپذیر است. سرعت تبخیر یک ماده با میزان سرمایش ایجاد شده رابطه ی مستقیم دارد. هرچه سرعت تبخیر بیشتر باشد میزان سرمایش ایجاد شده توسط آن ماده نیز بیشتر خواهد بود. منابع برودت در سیستمهای معمول گرمایش و سرمایش را چیلر می نامند. چیلر ها به دو دسته ی چیلر های ضربه‌ای ( معمولی ) و چیلر های جذبی تقسیم می‌شوند. در هر دو نوع چیلر ، سرمایش در اثر بخار شدن ماده‌ای به نام ماده مبرد ایجاد می‌گردد. این ماده مبرد معمولاً گازی شکل است.
مخزن انبساط
مخزن انبساط فقط در سیستم هایی که صرفا با سیال آب کار می کنند وجود دارند. به دلیل بسته بودن مدار حرکت سیال در سیستم های تمام آب ، با تغییر دمای سیال ، آب موجود در سیستم تغییر حجم داده در نتیجه به اتصالات سیستم و کل مدار فشار وارد می کند و ممکن است باعث ایجاد اشکال در سیستم شود. مخزن انبساط قطعه‌ای است که تغییر حجم سیال را کنترل می کند. دو نمونه از مخزن انبساط ، مدل پیستونی و مدل دیافراگمی است.
پمپ‌ها
پمپ ها وظیفه به حرکت درآوردن سیال را به عهده دارند. پمپ ها به دو دسته حلزونی و بادزن تقسیم می شوند. پمپ‌هایی که سیال مایع را به حرکت درمی‌آورند معمولاً از نوع پمپ‌های حلزونی هستند و پمپ‌هایی که سیال گاز را به حرکت درمی‌آورند، فن یا بادزن نامیده می‌شوند که دو نوع جریان محوری و جریان عمودی ایجاد می کنند.
رطوبت زن
هنگام گرم شدن هوا ، رطوبت آن کاهش پیدا می کند. برای جبرای کاهش رطوبت و رساندن آن به حد آسایش باید به داخل هوا رطوبت اضافه شود که به این عمل رطوبت زنی می گویند. رطوبت زنی ممکن است با آب یا آب گرم یا بخار آب انجام شود.
دستگاه های رطوبت زن دستگاه هایی هستند که برای افزایش رطوبت محیط از آنها استفاده می‌شود. این دستگاه انواع مختلفی دارند که برخی از آنها عبارتند از:
- تشتکی
- اولتراسونیک
- دیسکی
- بستر متخلخل
- بستر صلب
- پاششی
دستگاه‌های رطوبت گیر
دستگاه های رطوبت گیر معمولا رطوبت هوا را با استفاده از پدیده فیزیکی تعرق از بین می‌برند. یعنی دمای هوا را با سرد کردن آن به پایین‌تر از نقطه شبنم می رسانند و در نتیجه رطوبت هوا به صورت قطرات ریز آب از هوا خارج می‌شود. در حالت عادی این دستگاه ها یک کویل را بوسیله یک مخزن برودت سرد کرده ( کویل سرمایش ایجاد می‌کند ) و با عبور هوای مرطوب از روی کویل رطوبت آن گرفته می‌شود.
کویل‌ها
کویل‌ها در واقع محل های تبادل حرارت در سیستمهای سرمایش و گرمایش هستند. کویل‌ها بر اساس عملکرد به دو نوع سرمایشی و گرمایشی تقسیم می شوند. همین‌طور کویل‌ها را بر اساس سیال به سه دسته تقسیم می‌کنند:
- هوا به هوا
- آب به هوا یا بالعکس
- آب به آب
فن و هواکش‌ها
هواکش‌ها نیز نقش مهمی در دستگاه‌های تهویه مطبوع دارند و همانطور که قلب خون را در بدن به حرکت در می آورد فن ها نیز به نوعی قلب تپنده دستگاه های تهویه هوا به شمار می‌روند. اصولاً هواکش‌ها وظیفه جابجایی هوای گرم یا سرد عبوری از روی کویل ها و یا هوای تمیز شده توسط فیلترها در دستگاه‌های تهویه مطبوع را بعهده است. هواکش های بکار رفته در دستگاه‌های تهویه مطبوع یا از نوع هواکش‌های گریز از مرکز هستند و یا هواکش‌های جریان محوری.