تهویه مطبوع ساختمان
تهویه مطبوع ساختمان
تهویه مطبوع ساختمان
مقدمه:
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 و قابل 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 گرمای خود را از دست می دهند .منابع تولید گرمای داخلی در ساختمانها شامل استفاده از دستگاه ها و تجهیزات مختلف ، سیستم روشنایی و فعالیتهای شغلی است .
معمولاً تولید گرما در ساختمانهای مسکونی نسبتاً در حد متوسط است .و در 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 .(سیستم های 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 و هوابندی شده اند ، و اتلاف گرمایی از پوشش خارجی آنها بسیار کم شده است .
اگر به ساختمانهای اداری و بیمارستانها و محوطه های تجاری و بخشهای صنعتی بنگریم متوجه می شویم که کاهش دما معمولاً در ساعات پایانی شب و آخر هفته ها و معمولاً افزایش دما در طول ساعات کاری اتفاق می افتد.بنابراین به منظور کاهش گرمای متوسط به سیستم گرمایی ساده ای و برعکس به منظور افزایش گرما به سیستم پرهزینه ای نیاز است .
ظرفیت سیستم تهویه با میزان گرمایی که قادر به کاهش آن باشد تعیین می گردد .
بطور کلی افزودن انباشت حرارتی و بالطبع آن افزودن ظرفیت سیستم خنک کننده، تامین هوای مطلوب اکثریت را بسیار مشکل می کند .پس معمولاً مهمترین تلاش طراحی ساختمانهایي است که انباشت حرارتی آنها در کمترین حد ممکن باشد .انجام این کار به ترتیب نیازمند یک نگرش کلی نسبت به ساختمان ، بکارگیری سیستم ها و فعالیت های انجام یافته در آن است .
تهویه مطبوع در اصطلاح معمول ، گرمای 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 نیز شامل 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 سیستم های HVAC (تهویه و جابجایی هوا ) به منظور خنک سازی ساختمان ها به سه دسته اصلی تقسیم می شود :
- سیستم های تهویه (خنک کننده ) تمام هوا.
- سیستم های تهویه (خنک سازی ) هوا – آب
- سیستم های ترکیبی
1- سیستم های خنک کننده ی تمام هوا میزان دبی در این سیستم ها و اندازه 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 .در ساختمانهای موجود تعویض کانال های تهویه سخت و پرهزینه است .اگر کانالهای موجود نتوانند مقدار هوای 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 و دبی متغیر موجودند که ترکیبی از این دو روش نیز وجود دارد :
سیستم های حجم ثابت هوا ( سیستم های CAV): در چنین سیستم هایی 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 هوای دمشی از طریق واحد اتامین کننده مرکزی تعیین می گردد، رایج است. اگر لازم باشد هوا قبل از ورود به اتاق های دیگر ، گرم می شود .با اینکه یک سیستم CAV هوا را با یک دبی ثابت تامین می کند بعضی مواقع فن ها با دو موتور سریع 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 سیستم های 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 يی 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 سیستم های 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 سیستم ها به سیستم حجم متغیر (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 متغیر 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 .
2- سیستم های تهویه هوا – آب این نوع سیستمها به همراه سیستم تهویه ، صرفاً به منظور بهبود کیفیت هوا طراحی شده اند . این نوع سیستم ها معمو اً در نوسازی یا تغییر پروژه ها انتخاب می شوند .معمولاً در بالای سقف های کاذب ، فضایی برای نصب لوله های آب مورد نیاز برای توزیع آب سرد ازوسط ساختمان وجود دارد .
3- سیستم های ترکیبی سیستم های خنک کننده تمام هوا و آب – هوا بطور ترکیبی در بیشتر موارد کاربرد دارد .
اگر در 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 سیست مهای تهویه تمام هوا بطور ترکیبی استفاده شود بطوریکه قسمتهای مرکزی ساختمان یا اتاق های مرکزی با سیستم VAV و قسمتهای دیگر با سیستم CAV خنک شود .
دستگاه های تامین خنک کنندگی (Cooling Supply Devices ) خنک سازی یک اتاق از راه های مختلف انجام می گیرد. ذیلاً توضیح مختصری از چگونگی کارکرد تیرهای سرد شده ، پانل های خنک شده ، واحد های فن کویل و القایی بیان می شود . واحدهای فن کویل و القایی معمولاً در زیر پنجره ها در دیوارهای بیرونی نصب می شوند .
تیرهای سرد شده (Chilled beams) اینها واحدهای هستند که از طریق جریان طبیعی هوا در مبادله کننده حرارتی با له دار ، هوای داخل اتاق را خنک می کنند، آنها با اجزا پایانی تامین کننده هوا ترکیب شده و ضمن 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 آب سرد برای سرد کردن هوای گرم ، از میان صفحه های آلومینیمی جریان دارد .پانلها ، هوای اتاق گرم و هچنین 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 سقف های 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 و هم خنک نمودن اتاقها بکار مي روند. واحد فن کویل شامل فنی است که هوای اتاق از داخل آن عبور و تا 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 .
واحد های القایی (Induction units) این واحدها به منظور گرم و سرد کردن هوا مورد استفاده قرار می گیرد .
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 تصور اشتباهی است که در هنگام خنک سازی هوا استفاده از چیلر مکانیکی الزامی است ، بجای آن می توان از هوای بیرون 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 و خنک سازی صرفاً از طریق هوای بیرون بدون استفاده از چیلر مکانیکی صورت می گیرد بطوریکه معمولاً خنک 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 و اگر دما بیش از 16 درجه بود به منابع مکانیکی نیاز خواهد بود. بدین معنی که در سیستم تمام هوا و تهویه طبیعی مادامی که دمای هوا پایین تر از 16 درجه سانتی گراد باشد قابل استفاده است .
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 برج های ” 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. همانطوری که 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 روشهایی است که امروزه به منظور ساخت خنک کنده با اهداف آسایش و راحتی ، 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 سیستم های خنک کننده ناحیه ای ساخته شده یا ساخته می شوند . در اصل این سیستم ها 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 و سیستم های خشک از یک طرف ،و سیستم 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 ماشین های بخار در سیستم های 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 :
اگر COP و میزان خنک سازی را بدانیم می توانیم محصول کار و در نتیجه هزینه را نیز تعیین کنیم . COP سالانه ، 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 کویل های خنک کننده در یک واحد جابجا کننده هوا ، یا تجهیزات خنک کننده که بطور مستقیم در اتاق های ساختمان نصب می شوند مثل پانلهای خنک شده در سقف ها یا کولرهای فن کویل انجام گیرد .خنک کنندگی از راه تبخیر (Evaporative cooling) خنک کنندگی از راه تبخیر بر اساس کاهش دمای هوا در اثر بخار شدن آب از روی سطحی که هوا از آن عبور می کند است .تا هنگامی که هوا اشباع نشده است اینکار ادامه 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 و دمایش کاهش می 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 و شدت 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 فروشگاه های متمرکز هستند .که آب سرد را در ایستگاههای فرعی در یافت می کنند در حقیقت مشابه روشی که آب داغ در ایستگاه های فرعی گرم کننده ناحیه ای تامین می شود آب سرد دومی پس از توزیع به ساختمان یا ساختمانها خنک می شود .
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 و فاکتور اصلی در انتخاب آنها ، هزینه خرید ونوع جریان سیستم است .
گفته می شود اگر نیاز اساسی به خنک کنندگی باشد و تنها 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 کانال های 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 ساختمان هایی 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 .
حتما بخوانید:
⇐ طراحی تهویه مطبوع در صنایع نساجی
دیدگاهتان را بنویسید
می خواهید در گفت و گو شرکت کنید؟خیالتان راحت باشد :)