تهویه مطبوع و تهویه موضعی

تهویه مطبوع

نیاز اولیه از نظر هوای داخل ساختمان ایجاب می کند که دمای اتاق بایستی بدون توجه به شرایط هوای بیرون، در یک حد مطلوب باشد . علاوه بر این هوای داخل اتاق بایستی تمیز وقابل قبول بوده ، و قبل از هر چیز برای قابل استفاده بودن ساختمان در همه حال بایستی دمای آن در حد آسایش افراد باشد .

به محض اینکه دمای بیرون از دمای اتاق پایین تر رود گرما از سطوح مرزی داخل به خارج جریان می یابد .

علاوه بر این گرمای ساختمانها از درزها نیز هدر می رود به عبارت دیگر هوای بیرون ،از شکافها وحفره های دیوارها ، کف ها ، در وپنجره ها به داخل ساختمان وارد می شود . به خاطر داشته باشید که دمای درونی ساختمانها بیش از 20 درجه سانتی گراد نگه داشته می شود ، به این معنی که در بیشتر دوره سال گرما ی خود را از دست می دهند .منابع تولید گرمای داخلی در ساختمانها شامل استفاده از دستگاهها وتجهیزات مختلف ، سیستم روشنایی وفعالیتهای شغلی است .

معمولاً تولید گرما در ساختمانها ی مسکونی نسبتاً در حد متوسط است .ودر بیشتر سال کمبود گرما وجود دارد که بایستی گرمای لازم تامین گردد .در طول آن دوره از سال که گرما زیاد است پنجره ها باز می شوند .(سیستمها ی حذف گرمای ساختمانهای مسکونی در کشور سوئد بسیار نادرند ).

غالباً تولید گرما در محوطه ساختمانهای تجاری وصنعتی نسبتاً زیاد است .

در واقع امروزه استانداردهای ساختمان بهبود یافته بطوریکه آنها ایزوله وهوابندی شده اند ، واتلاف گرمایی از پوشش خارجی آنها بسیار کم شده است .اگر به ساختمانهای اداری وبیمارستانها و محوطه های تجاری و بخشهای صنعتی بنگریم متوجه می شویم که کاهش دما معمولاً در ساعات پایانی شب و آخر هفته ها ومعمولاً افزایش دما در طول ساعات کاری اتفاق می افتد.بنابراین به منظور کاهش گرمای متوسط به سیستم گرمایی ساده ای وبر عکس به منظور افزایش گرما به سیستم پرهزینه ای نیاز است .ظرفیت سیستم تهویه با میزان گرمایی که قادر به کاهش آن باشدتعیین می گردد .

بطور کلی افزودن انباشت حرارتی وبالتبع آن افزودن ظرفیت سیستم خنک کننده ، تامین هوای مطلوب اکثریت را بسیار مشکل میکند .پس معمولاً مهمترین تلاش طراحی ساختمانهای است که انباشت حرارتی آنها در کمترین حد ممکن باشد .انجام این کار به ترتیب نیازمند یک نگرش کلی نسبت به ساختمان ، بکارگیری سیستمها وفعالیتهای انجام یافته در آن است .

تهویه مطبوع

در اصطلاح معمول ، گرما ی حذف شده از ساختمانها که به منظور حفظ دمای داخلی در کمتر از میزان ماکزیمم قبلی می باشد ، به نیاز خنک سازی آن اشاره دارد .به عبارت دیگر نیاز تهویه ای ساختمانها در واقع متناسب با گرمای افزوده آنهاست .

سیستم کنترل هوا در یک ساختمان به حفظ دما وکیفیت هوا بستگی دارد .حفظ دمای هوا ، شامل نگهداری دمای هوا ی داخل در حد "تعیین شده " است .حفظ کیفیت هوا نیزشامل کنترل " پاکیزگی " آن از طریق تهویه هوا قبل از ورود به داخل ساختمان است .بعضی مواقع در حفظ کیفیت هوا غلظت ذرات وگازهای موجود در هوا را نیز در نظر می گیرند .

معمولاً سیستمهای HVAC (تهویه وجابجایی هوا )به منظور خنک سازی ساختمانها به سه دسته اصلی تقسیم می شود :

سیستم های تهویه (خنک کننده ) تمام هوا.

· سیستم های تهویه (خنک سازی )هوا – آب

· سیستم های ترکیبی

سیستم های خنک کننده ی تمام هوا

میزان دبی در این سیستمها واندازه کانالهای تهویه با توجه به نیاز خنک سازی تعیین می گردد .به عبارت دیگر میزان دبی مورد نیازبا توجه به دما (نه کیفیت هوا) تعیین می گردد .شکل 1 دیاگرام شماتیکی سیستم های تهویه تمام هوا را نشان می دهد .

در ساختمانهای موجود تعویض کانالهای تهویه سخت وپر هزینه است .اگر کانالهای موجود نتوانند مقدارهوای موثر ومورد نیاز خنک کنندگی را عبور دهند ، سیستم های هوا - آب نیاز خواهد بود .سیستم خنک ساز بایستی قادر به ایجاد تغییراتی در کاهش دمای هوا در تمام ساعات روز یا سال باشند .

سیستم های تهویه تمام هوا در 2 نوع اصلی ، سیستم دبی ثابت ودبی متغیرموجودند که ترکیبی از این دو روش نیز وجود دارد :

سیستم های حجم ثابت هوا ( سیستم های CAV):

در چنین سیستمهایی دمای هوای دمیده شده به ساختمان می تواند متغییر باشد ولی میزان دبی هوا ثابت نگه داشته می شود این سیستم ها به سیستم حجم ثابت هوا معروفند .این روش در اتاقهای با نیاز خنک کننده گی بیشتر که معمولاً دمای هوا ی دمشی از طریق واحد اتامین کننده مرکز ی تعیین می گردد، رایج است . اگر لازم باشد هوا قبل از ورورد به اتاقهای دیگر ، گرم می شود .

با اینکه یک سیستم CAV هوا را با یک دبی ثابت تامین می کند بعضی مواقع فنها با دو موتورسریع نیرو وارد می کنند زمانیکه نیاز خنک سازی ساختمان افت کرد سرعت چرخش آنها نیز کاهش می یابد . بکار گیری دو موتور سریع در سیستم های CAV نباید با سیستمهای VAV مداخله کند که دبی هوا به منظور کنترل توان خنک کنندگی می تواند متغییر باشد .

همانطوریکه در بالا ذکر شد دمای هوای ورودی در سیستم CAV ممکن است ثابت یا متغییر باشد دما به صورت ذیل تغییر می یابد :

· مستقل از دمای محیط ، اما وابسته به تغییرات افزایش گرما – این نوع کنترل دما در کویلهای گرما ی و... در مجاورت نواحی مرتبط انجام می گیرد .

· وابسته به دمای محیط ، این نوع کنترل دما در واحد های تامین کننده مرکز ی هوا فرا هم می شود.

· ترکیبی از دو روش فوق

بهبود دمای مورد نیاز اتاق در سیستم CAV با کنترل دمای مرکزی و سیستمهای CAV با دمای ثابت هوای ورودی ، در اتاقهای جداگانه ای یعنی از طریق رادیاتور های نصب شده روی دیوار انجام می گیرد.

سیستم های حجم متغییر هوا (سیستم VAV)

تا حد لزوم دبی هوای اتاق تغییر می کند اما دمای هوا ثابت است یعنی دمای هوای داخل با وجود تغییر بار آن ، تغییری نمی کند .با این حال دمای هوای ورودی بطور معمول بطور مرحله ای در سال ، متناسب با دمای محیط بیرون تغییر خواهد کرد .

این نوع سیستمها به سیستم حجم متغییر(VAV) هوا مرسوند .دبی هر اتاق مجزا ، بوسیله دمپرهای سبد شکل VAV-Box در مجاورت نقطه تامین هوا به اتاق ، کنترل می شود در حالیکه تامین مرکز ی هوا وخروجی فنهای هوا با پره های شاخه متغییر یا موتورهای کنترلی با سرعت قابل تنظیم معمولاً از نوع فرکانس معکوس کنترل می شوند .

سیستم کنترل فشار استاتیک ثابتی در طول کانال تامین هوا ایجاد می کند .زمانیکه هدف تامین هوا تنها حفظ کیفیت آن است میزان دبی هوا از یک حد ماکزیمم در طول گرمترین روز سال به 20 % ماکزیمم مقدار آن در طول سردترین روز سال کاهش می یابد .

سیستمهای تهویه هوا – آب

این نوع سیستمها به همراه سیستم تهویه ، صرفاً به منظور بهبود کیفیت هوا طراحی شده اند شکل 3 دیاگرام شماتیکی این نوع سیستم را نشان می دهد این نوع سیستمها معمو لاً در نوسازی یا تغییر پروژه ها انتخاب می شوند .معمولاً در بالای سقفهای کاذب ، فضایی برای نصب لوله های آب مورد نیاز برای توزیع آب سرد ازوسط ساختمان وجود دارد .

سیستم های ترکیبی

سیستم های خنک کننده تمام هوا وآب – هوا بطور ترکیبی در بیشتر موارد کاربرد دارد .اکردر مکانی تهویه تمام هوا استفاده می شود ولی نیاز به خنک سازی بیش از حدی است که سیستم تمام هوا قادر به انجام رضایت بخش آن باشد به خودی خود نیاز به افزایش دبی هوا وکوران جریان هوا غیر قابل اجتناب خواهد بود .همچنین ممکن است سیستمهای تهویه تمام هوا بطور ترکیبی استفاده شود بطوریکه قسمتهای مرکز ی ساختمان یا اتاقهای مرکز ی با سیستم VAV وقسمتهای دیگر با سیستم CAV خنک شود .

دستگاههای تامین خنک کنندگی (Cooling Supply Devices )

خنک سازی یک اتاق از راههای مختلف انجام می گیرد.ذیلاً توضیح مختصری از چگونگی کارکرد تیر های سرد شده ، پانلهای خنک شده ، واحد های فن کویل والقایی بیان می شود .واحد های فن کویل والقایی معمولاً در زیر پنجره ها در دیوارهای بیرونی نصب می شوند .

تیر های سرد شده(Chilled beams )

اینها واحدهای هستندکه از طریق جریان طبیعی هوا درمبادله کننده حرارتی با له دار ، هوای داخل اتاق را خنک می کنند همانطوریکه در شکل 4دیاگرام آن نشان داده شده است، آنهابا اجزا پایانی تامین کننده هوا ترکیب شده وضمن شرکت در عملکرد آن باعث افزایش ظرفیت خنک سازی تیغه ها (Baffle ) می شوند تیر های سرد شده می توانند کاربرد گرمایی نیز داشته باشند .

پانلهای خنک شده (Cooling Pannels )

پانلهای خنک شده می توانند از سقف آویزان شوند (شکل 5) آب سرد برای سرد کردن هوای گرم ، از میان صفحه های آلومینیمی جریان دارد .پانلها ، هوای اتاق گرم وهچنین سطوح اتاق را از طریق تابش دمای پایین سرد می کنند پانلها در شکلهای مختلفی ساخته می شوند بطوریکه برای قرار گیری در زیر سقف ، آویخته ، مجتمع در سقفهای کاذب کاربرد دارند .ظرفیت خنک سازی اکثر آنها از طریق تابش تامین می گردد.

واحد های فن کویل (Fan coil units)

این واحدها هم به منظور گرم نمودن وهم خنک نمودن اتاقها بکار روندشکل 6 اجزا شماتیکی این واحد ها را نشان می دهد. واحد فن کویل شامل فنی است که هوای اتاق از داخل آن عبور وتا حد نیاز سرد یا گرم می شود . دو مبادله کننده حرارتی (گرم کننده یا سرد کننده ) با آب سرد یا گرم از واحد مرکزی ساختمان عمل تبادل را انجام می دهند .

(Induction units) واحد های القایی

این واحد ها به منظور گرم وسرد کردن هوا مورد استفاده قرار می گیرد شکل 7 چیدمان شماتیکی این واحد را نشان می دهد . در هنگام استفاده ، هوای تهویه شده از میان واحد القایی به اتاق وارد می شود . هوا از لوله ها با سرعت بالا جریان می یابد .با این روش گرم یا خنک سازی هوارا می توان در یک واحد مجزا بدون استفاده از فن انجام داد.

تهویه طبیعی (خنک سازی آزاد )

این تصوراشتباهی است که در هنگام خنک سازی هوا استفاده از چیلر مکانیکی الزامی است ، بجای آن می توان از هوای بیرن که به تهویه طبیعی معروف است استفاده کرد .تعریف قابل قبولی برای خنک سازی طبیعی وجود ندارد .یک تعبیر معمول این است که توانایی خنک کنندگی بدون پرداختن هزینه ای به منظور کاهش طبیعی دما می باشد .تهویه طبیعی معمولاً در رابطه با سیستم های تهویه " تمام هوا " استفاده می شود .وخنک سازی صرفاً از طریق هوای بیرون بدون استفاده از چیلر مکانیکی صورت می گیرد بطوریکه معمولاًخنک سازی تمام هوا با هوای ورودی در محدوده دمای 18-16 درجه سانتی گراد انجام می گیرد .وقتی که دمای بیرون بیشتر از این مقدارنباشد می توان به منظور خنک نمودن کامل اتاق از آن استفاده کرد واگر دما بیش از 16 درجه بود به منابع مکانیکی نیاز خواهد بود . بدین معنی که در سیستم تمام هوا وتهویه طبیعی مادامیکه دمای هوا پایین تر از 16 درجه سانتی گراد باشد قابل استفاده ا ست .

شکل 8 ساعاتی از سال (یک سال 8760 ساعت ) را که دمای هوا ی محیط بیش از 16 درجه سانتی گراد باشد را نشان می دهد .

برای مثال در Gothenburg اگر ماکزیمم دمای تامین شده 16 درجه سانتی گراد باشد 895 ساعت در سال به چیلر مکانیکی نیاز خواهد بود (فرض می کنیم که عملکرد سیستم تهویه در شب ثابت باشد . اگر تهویه برای چند ساعت در هر روز خاموش شود بطور متناسب ساعت کارکردآن کاهش خواهد یافت ). تهویه طبیعی در سیستم های هوا – آب نیز کاربرد دارد . این سیستم نیازمند شکلی از مبادله کننده حرارتی بین آب وهوای بیرونی مثل برجهای " خنک سازی " است . در زمان استفاده از سیستم هوا – آب خنک نمودن آب از طریق هوای بیرون در صورتیکه دمای آن کمتر از یک حد تعیین شده باشد ، انجام می گیرد .

به عبارت دیگر اگر دمای هوا پایین تر از این حد باشد به خنک کننده مکانیکی نیازی نیست .تغییرات دما در این دو سیستم خنک کننده معمولاً در دامنه 10-7 درجه سانتی گراد است .

همانطوریکه قبلاً ذکر شد ، تعریف دقیقی برای تهویه طبیعی ( خنک کردن آزاد ) وجود ندارد به این معنی که این اصطلاح خنک سازی استفاده از آب رودخانه ها – دریاچه ها و.... را که منجر به افت دما می شود را نیز پوشش می دهد .

تجهیزات ساخت تهویه مطبوع

توضیحات زیر خلاصه ای از روشها یی است که امروزه به منظور ساخت خنک کنده با اهداف آسایش وراحتی ، استفاده می شود .

روش معمول در ساخت خنک کننده ها ، استفاده از تجهیزات خنک کننده مکانیکی با موتور الکتریکی است . روشهای دیگر شامل خنک کنندگی از راه تبخیر و خشکاندن هوا است .

تاسیسات بزرگ با چیلر های جاذب انرژی حرارتی ، ساخته می شوند ، در شهرهای بزرگ سیستمهای خنک کننده ناحیه ای ساخته شده یا ساخته می شوند . دراصل این سیستمها مشابه سیستم های حرارتی ناحیه ای عمل می کننده با این تفاوت که توزیع آب سرد آنها بیش از آب گرم است . تفاوت اساسی بین سیستم های تبخیری وسیستم های خشک از یک طرف ،وسیستم های خنک کننده از طرف دیگر باعث شده که گروه قبلی به تنهایی قادر به استفاده در سیستم های تمام هوا باشد خنک کردن با استفاده از ماشینهای بخار در سیستمهای خیلی بزرگ کاربردی است .

تجهیزات معمول خنک کننده مکانیکی

( خنک کردن با کمپرسور های الکتریکی )

خنک کننده ساخته شده با "چیلر کمپرسور"یک روش کلاسیک است .زمانیکه تهویه مکانیکی به منظور" آسایش افراد" مد نظر باشد معمولاً این روش کاربرد دارد .ماشین مشابه پمپ گرمایی معمول کار می کند ولی در این دستگاه طرف سرد ،قسمت مفید آن است.

گرمای جذب شده از طریق مولد بخار مقدار خنک سازی است که می تواند تامین شود تامین این خنک کنندگی مورد نیازورودی کار مکانیکی کمپرسور بوده و معمولاً به شکل انرژی الکتریکی به صورت چرخش موتور است .

ارتباط بین خنک کردن توسط ماشین وکار تولید شده توسط کمپرسور ، به ضریب عملکرد (COPr) که به صورت زیر بیان می شود اشاره دارد :

خنک کنندگی در سال

COPr =

کار ورودی در سال

اگر COP و میزان خنک سازی را بدانیم می توانیم محصول کار و در نتیجه هزینه را نیز تعیین کنیم . COP سالانه مطابق دستور 3 ، بستگی به سطوح دما در حین عمکرد ماشین دارد .

معمولاً انرژی ورودی به کمپرسور انرژی الکتریکی است که به طور مستقیم جهت راه اندازی سیستم نیاز است ( پمپهای چرخشی ).

یک چیلر که با کمپرسور کار می کند در انتخاب نوع روش خنک سازی ساختمان انعطاف لازم را دارد . همانطوریکه قبلاً ذکر شد خنک نمودن هوا می تواند یا از طریق کویلهای خنک کننده در یک واحد جابجا کننده هوا ، یا تجهیزات خنک کننده که بطور مستقیم در اتاقهای ساختمان نصب می شوند مثل پانلهای خنک شده در سقفها یا کولر های فن کویل انجام گیرد .

خنک کنندگی از راه تبخیر

(Evaporative cooling)

خنک کنندگی ازراه تبخیر بر اساس کاهش دمای هوا در اثر بخار شدن آب از روی سطحی که هوا از آن عبور می کند است .تا هنگامیکه هوا اشباع نشده است اینکارادامه می یابد . گرما به منظور تبخیر آب نیاز است یعنی تبدیل آن از فاز مایع به فاز بخار . گرمای لازم از هوا گرفته می شود در نتیجه دمای هوا کاهش می یابد .پایین ترین دمایی که به این طریق می توان کاهش داد محدود به دمای تر هوا در شرایط اشباع است .خنک کنندگی هوا از راه تبخیربه روش مستقیم فرآیندی است که در آن هوای ورودی رطوبت دهی می شود در نتیجه رطوبت آن افزایش ودمایش کاهشمی یابد .سپس هوای دمیده شده توسط مبادله کننده های حرارتی بین دو جریان هوا، سرد شده و گرمای هوای ورودی به هوای خروجی منتقل می شود .دمای هوای ورودی کاهش یافته ولی میزان رطوبت آن افزایش نمی یابد .میزان خنک شدن بستگی به پارامترهای خارجی ، دما ورطوبت هوای بیرون دارد.

خنک کردن موضعی (ناحیه ای )

District Cooling

امروزه استفاده از انرژ یهای متعدد ایجاب می کند مطالبی درباره خنک نمودن ناحیه ای بدانیم . روشی که منجر به تولید سرما وتوزیع آن می شود بسته به شرایط ویژه کاربرد انرژی ، تسهیلات موجود ،نوع وشدت بار هوا ، از شهری به شهر دیگر متفاوت است . واحد تولید سرما می تواند شامل هر یک از سیستم های خنک کننده ( دریاچه یا آب رودخانه که بطور مستقیم در خنک نمودن استفاده می شوند)با چیلر های جاذب انرژی گرمایی یا از طریق چلیر های معمول کمپرسور باشد.

استفاده از پمپ های گرمایی نسبتاً رایجند که قبلاً به منظور تامین گرما ی سیستم گرم کردن ناحیه ای استفاده می شد . مشتریان سیستم های خنک کننده ناحیه ای معمولاً با نیازهای نسبتاً اساسی به خنک کنندگی مثل محیط بیمارستانها یا فروشگاههای متمرکز هستند .که آب سرد را در ایستگاههای فرعی در یافت می کنند در حقیقت مشابه روشی که آب داغ در ایستگاههای فرعی گرم کننده ناحیه ای تامین می شود آب سرد دومی پس از توزیع به ساختمان یا ساختمانها خنک می شود . همانطوریکه در شکل 14 نشان داده شده است .

بحث Discussion

معمولاً اینکه بگوییم نوع خاصی از سیستم تهویه بایستی انتخاب شود یا نه ممکن نیست . ولی می توانیم از بین چندین سیستم تهویه ، سیستمی که بطور رضایت بخش کار کند را انتخاب کنیم وفاکتور اصلی در انتخاب آنها ، هزینه خرید ونوع جریان سیستم است .گفته می شود اگر نیاز اساسی به خنک کنندگی باشد وتنها سیستم تمام هوا استفاده می شود مسئله حل شده است . به منظور آسایش بیشتر برای مثال ، سعی در تامین مقدار زیاد هوا با دمای پایین بسته به نوع ساختمان و فعالیتهای انجام گرفته در آن است .

تعدادی فاکتور های موثر در انتخاب سیستم های تهویه شامل موارد ذیل است :

· یک سیستم خنک کننده تمام هوا نسبت به سیستم هوا –آب نیازمند فضای بیشتر برای عبور کانالهای سیستم تهویه است .در تهویه هوا – آب سایز کانالها بر اساس تهویه مورد نیاز از لحاظ بهداشت تعیین می شود در حالیکه در یک سیستم تمام هوا اندازه کانالها را به منظور نیاز به افزایش دبی هوا بر اساس ماکزیمم توان خنک کنندگی مورد نیاز کاهش می دهد .

· به منظور کاهش فضا تقریباً نصب تهویه تمام هوا در ساختمانهایی که قبلاً سیستم خنک کننده نداشتند غیر ممکن است . در چنین مواردی بایستی سیستم هوا – آب استفاده گردد.

· کاربرد سیستم تهویه تمام هوا در تهویه طبیعی نسبت به تهویه هوا – آب راحتتر است . یک سیستم هوا –آب نیازمند مبادله کننده حرارتی با هوای بیرون در یک برج خنک کننده است سیستم تمام هوا برای استفاده درتهویه طبیعی نیازمند تجهیزات زیادی نیست .

· خنک کنندگی تبخیری وخشک می توانند هر کدام با سیستم تمام هوا ترکیب شوند .

· زمانیکه خنک کننده تبخیری استفاده می شود هوای خروجی ناشی از تهویه ، سرد خواهد شد . هوای ورودی از طریق مبادله حرارتی با هوای خروجی ، سرد می شود بدین معنی که دمای هوای ورودی به دمای هوای خروجی بستگی دارد . اگر دمای ساختمان افزایش یابد دمای هوای تامین شده نیز افزایش می یابد در عمل پایین آوردن دمای هوا تا 5 درجه سانتی گراد با سیستم های خنک کننده عادی و خنک نمودن با استفاده از کمپرسور مشکل است . کنترل هوای ورودی به ساختمان بدون توجه به دمای اتاق عملی است . طراحی یک سیستم خنک کننده تبخیری نیازمند تلاش ودانش بیشتر ی است .

· هنگام استفاده از خنک سازی خشک ( خشکاندن هوا ) یک منبع گرمایی نیاز است منبع گرما غالباً گرمای ناحیه تابستانی است بطوریکه سطوح دمایی در حدود 70-65 درجه سانتی گراد می باشد .

تهویه مطبوع و تهویه موضعی

تهویه مطبوع

مطالب مشابه :