سیستم های تهویه مطبوع HVAC

سیستم های تهویه مطبوع HVAC از نقاط عطف سیستم های مکانیکی ساختمان هستند که راحتی حرارتی را برای سرنشینان همراه با کیفیت هوای داخلی را فراهم میکنند. سیستم های تهویه مطبوع HVAC را میتوان بر اساس مناطق مختلف، مکان و توزیع به سیستم های مرکزی و محلی طبقه بندی کرد. تجهیزات اولیه سیستم تهویه مطبوع HVAC شامل تجهیزات گرمایش، تجهیزات تهویه و تجهیزات خنک کننده یا تهویه مطبوع است. سیستم های تهویه مطبوع مرکزی HVAC دور از ساختمانها در یک اتاق تجهیزات مرکزی قرار می گیرند و هوای مطبوع را با یک سیستم لوله کشی تحویل میدهند.

سیستم های تهویه مطبوع مرکزی شامل سیستم های هوا، آب، هوا و تمام آب است. دو سیستم باید به عنوان مرکزی مانند پانل های گرمایش و سرمایش و پمپ های حرارتی منبع آب در نظر گرفته شوند. سیستم های تهویه مطبوع محلی را می توان در داخل یک منطقه مشروط یا مجاور آن قرار داد و نیازی به لوله کشی ندارد. سیستم های محلی شامل گرمایش محلی، تهویه مطبوع محلی، تهویه محلی و سیستم ها تقسیم می شوند.

معرفی سیستم های تهویه مطبوع HVAC

سیستم گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC) برای دستیابی به الزامات زیست محیطی، راحتی سرنشینان و یک فرایند طراحی شده است.

سیستمهای تهویه مطبوع HVAC بیشتر در انواع مختلف ساختمانها مانند ساختمانهای صنعتی، تجاری، مسکونی و موسسات مورد استفاده قرار می گیرند. مأموریت اصلی سیستم تهویه مطبوع HVAC این است که راحتی حرارتی ساکنین را با تنظیم و تغییر شرایط هوای بیرون به شرایط مطلوب ساختمانهای اشغال شده برآورده سازد. بسته به شرایط بیرونی، هوای بیرون به داخل ساختمان ها کشیده می شود و قبل از پخش شدن در فضاهای اشغالی گرم یا سرد می شود، سپس در هوای محیط تخلیه می شود یا در سیستم مورد استفاده مجدد قرار می گیرد. انتخاب سیستم های تهویه مطبوع در یک ساختمان معین بستگی به آب و هوا، سن ساختمان، ترجیحات فردی صاحب ساختمان و طراح پروژه، بودجه پروژه، طراحی معماری ساختمانها دارد.

سیستم های تهویه مطبوع HVAC را می توان بر اساس فرایندهای لازم و فرایند توزیع طبقه بندی کرد. فرآیندهای مورد نیاز شامل فرآیند گرمایش، فرآیند سرمایش و فرایند تهویه می باشد. فرآیندهای دیگری مانند فرآیند رطوبت زایی و رطوبت زدایی را می توان اضافه کرد. این فرایند را می توان با استفاده از تجهیزات HVAC مناسب مانند سیستم های گرمایش، سیستم های تهویه مطبوع، فن های تهویه و رطوبت گیر به دست آورد. سیستم های تهویه مطبوع به سیستم توزیع نیاز دارند تا مقدار هوای مورد نیاز را با شرایط محیطی مطلوب منتقل کنند. سیستم توزیع عمدتا با توجه به نوع و روش تحویل مانند تجهیزات انتقال هوا، فن کویل ها، مجاری هوا و لوله های آب متفاوت است.

انتخاب سیستم تهویه مطبوع HVAC

انتخاب سیستم به سه عامل اصلی از جمله پیکربندی ساختمان، شرایط آب و هوایی و تمایل مالک بستگی دارد. مهندس طراحی مسئول در نظر گرفتن سیستم های مختلف و توصیه بیش از یک سیستم برای رسیدن به هدف و جلب رضایت صاحب ساختمان است. برخی از معیارها را می توان مانند تغییرات آب و هوا (مانند دما، رطوبت و فشار فضا)، ظرفیت ساختمان، نیازهای فضایی، هزینه هایی مانند هزینه سرمایه، هزینه بهره برداری و هزینه نگهداری، تجزیه و تحلیل چرخه عمر و قابلیت اطمینان و انعطاف پذیری در نظر گرفت.

با این حال، انتخاب یک سیستم دارای محدودیت هایی است که باید تعیین شود. این محدودیت ها شامل ظرفیت موجود مطابق با استانداردها، پیکربندی ساختمان، فضای موجود، بودجه ساخت، منبع تأمین آب در دسترس، بارهای سرمایشی و گرمایشی ساختمان است.

اجزای اساسی سیستم تهویه مطبوع HVAC

اجزای اساسی یا تجهیزات یک سیستم تهویه مطبوع HVAC که هوای مطبوع را برای تأمین آسایش حرارتی فضا و سرنشینان و دستیابی به کیفیت هوای داخلی ارائه می دهد ، در زیر ذکر شده است:

  • پلنیوم هوای مختلط و کنترل هوای بیرون
  • فیلتر هوا
  • فن عرضه
  • فن های اگزاست یا کمکی و خروجی هوا
  • ورودی هوای خارج از منزل
  • مجاری
  • دستگاه های انتهایی
  • سیستم هوای برگشتی
  • کویل های گرمایش و سرمایش
  • واحد گرمایش یا سرمایش خودکار
  • برج خنک کننده
  • دیگ بخار
  • کنترل
  • خنک کننده آبی
  • تجهیزات رطوبت زدایی و رطوبت زدایی

طبقه بندی سیستم تهویه مطبوع HVAC

طبقه بندی عمده سیستم های تهویه مطبوع HVAC سیستم مرکزی و سیستم غیرمتمرکز یا محلی است. انواع سیستم ها به آدرس تجهیزات اولیه بستگی دارد که به صورت متمرکز به عنوان تهویه کل ساختمان به عنوان یک واحد کل یا غیر متمرکز به عنوان تهویه مطبوع جداگانه یک منطقه خاص به عنوان بخشی از ساختمان بستگی دارد. بنابراین، سیستم توزیع هوا و آب باید بر اساس طبقه بندی سیستم و محل تجهیزات اولیه طراحی شود. معیارهایی که در بالا ذکر شد نیز باید در انتخاب بین دو سیستم اعمال شود. جدول زیر مقایسه سیستم های مرکزی و محلی را با توجه به معیارهای انتخاب نشان می دهد.

سیستم غیر متمرکز سیستم مرکزی معیارها
برآورده ساختن همه یا همه پارامترهای طراحی برآورده ساختن همه یا همه پارامترهای طراحی نیازهای دما، رطوبت و فشار فضا
• برای هر تجهیزات حداکثر ظرفیت مورد نیاز است

• تنوع اندازه تجهیزات محدود است

• در نظر گرفتن عوامل تنوع HVAC برای کاهش ظرفیت تجهیزات نصب شده

• هزینه اولیه و هزینه عملیاتی قابل توجه

الزامات ظرفیت
بدون تجهیزات پشتیبان یا آماده به کار تجهیزات عادی برای عیب یابی و تعمیر نگهداری می شوند افزونگی
• ممکن است بدون اتاق تجهیزات مورد نیاز است

• تجهیزات ممکن است در پشت بام و زمین مجاور ساختمان قرار گیرند

• یک اتاق تجهیزات در خارج از منطقه مطبوع یا مجاور یا دور از ساختمان قرار دارد

• نصب تجهیزات ثانویه برای توزیع هوا و آب که نیاز به هزینه اضافی دارد

نیازمندی های ویژه
• هزینه سرمایه مقرون به صرفه • هزینه سرمایه بالا

• در نظر گرفتن عمر خدمات تجهیزات بیشتر برای جبران هزینه بالای سرمایه

هزینه اولیه
• تجهیزات اولیه با مصرف انرژی کمتر

• قله های مختلف انرژی به دلیل ترجیح سرنشینان

• هزینه عملیاتی بالاتر

• تجهیزات اولیه با کارایی بیشتر در مصرف انرژی

• سیستم عامل پیشنهادی که در هزینه های عملیاتی صرفه جویی می کند

هزینه های عملیاتی
دسترسی به تجهیزات برای قرار گرفتن در زیرزمین یا فضای زندگی. با این حال ، محل سقف به دلیل بدی آب و هوا دشوار است دسترسی به اتاق تجهیزات برای نگهداری و ذخیره تجهیزات در شرایط عالی ، که باعث صرفه جویی در هزینه تعمیر و نگهداری می شود هزینه تعمیر و نگهداری
تجهیزات قابل اعتماد ، اگرچه عمر مفید تجهیزات برآورد شده ممکن است کمتر باشد هنگام در نظر گرفتن عمر مفید طولانی ، تجهیزات سیستم مرکزی می تواند یک مزیت جذاب باشد قابلیت اطمینان
در مکانهای متعددی قرار می گیرد تا انعطاف پذیری بیشتری داشته باشد انتخاب تجهیزات آماده به کار برای ارائه منبع جایگزین HVAC یا پشتیبان انعطاف پذیری

جدول مقایسه سیستم های تهویه مطبوع مرکزی و محلی.

الزامات سیستم تهویه مطبوع HVAC

چهار شرط اساسی هر سیستم تهویه مطبوع HVAC همانطور که در شکل نشان داده شده است، تجهیزات اولیه ، فضای مورد نیاز، توزیع هوا و لوله کشی نیاز دارند.

تجهیزات اولیه شامل تجهیزات گرمایشی مانند دیگهای بخار و دیگهای آب گرم برای گرم کردن ساختمانها یا فضاها، تجهیزات تحویل هوا به عنوان تجهیزات بسته بندی شده برای ارائه هوای تهویه مطبوع با استفاده از فنهای گریز از مرکز، فنهای محوری و فنهای پلاگین یا پلنیوم و تجهیزات تبرید که خنک کننده یا تهویه مطبوع به فضا را تحویل می دهد. این شامل کویل های خنک کننده بر اساس آب چیلرهای آب یا مبردهای حاصل از یک فرآیند تبرید است.

نیاز به فضا در شکل گیری سیستم HVAC به صورت مرکزی یا محلی ضروری است. به پنج امکانات زیر نیاز دارد:

اتاقهای تجهیزات سیستم تهویه مطبوع HVAC:

از آنجا که کل نیاز مکانیکی و الکتریکی بین 4 تا 9 از مساحت کل ساختمان است. ترجیح داده می شود به صورت مرکزی در ساختمان قرار داشته باشید تا طول و اندازه مجاری، لوله ها و مجاری طولانی را کاهش دهید، چیدمان شفت ها را ساده کرده و تعمیر و نگهداری متمرکز را انجام دهید.

تاسیسات سیستم های تهویه مطبوع HVAC:

تجهیزات گرمایش و تجهیزات برودتی برای انجام وظایف اولیه خود در زمینه گرمایش و سرمایش ساختمان به امکانات زیادی نیاز دارند. تجهیزات گرمایشی به واحدهای دیگ بخار، پمپ ها، مبدل های حرارتی، تجهیزات کاهش فشار، کنترل کمپرسورهای هوا و تجهیزات متفرقه نیاز دارد، در حالی که تجهیزات تبرید به چیلرهای آب یا برج آب خنک کننده برای ساختمان های بزرگ، پمپ های آب کندانسور، مبدل های حرارتی، تجهیزات تهویه مطبوع، تجهیزات کنترل کمپرسورهای هوا و تجهیزات متفرقه نیاز دارد. در طراحی اتاقهای تجهیزات برای میزبانی هر دو قطعه تجهیزات باید اندازه و وزن تجهیزات، نصب و نگهداری تجهیزات و مقررات مربوط به معیارهای هوای احتراق و تهویه مورد توجه قرار گیرد.

اتاق های فن دارای تجهیزات فن تهویه مطبوع و سایر تجهیزات متفرقه است. اتاقها باید اندازه نصب و برداشتن شفت و کویل فن، تعویض و نگهداری را در نظر بگیرند. اندازه فن ها بستگی به میزان جریان هوای مورد نیاز برای وضعیت ساختمان دارد و می تواند بر اساس در دسترس بودن، مکان و هزینه متمرکز یا محلی باشد. ترجیحاً دسترسی آسان به هوای بیرون وجود دارد.

شفت عمودی: فضایی برای توزیع هوا و توزیع لوله های آب و بخار فراهم می کند. توزیع هوا شامل هوای تهویه مطبوع، هوای خروجی و لوله های هوای برگشتی است. توزیع لوله شامل آب گرم، آب سرد، آب کندانسور و تامین بخار و بازگشت کندانسور است. شفت عمودی شامل توزیع مکانیکی و الکتریکی دیگر برای سرویس دهی به کل ساختمان از جمله لوله های لوله کشی، لوله های آتش نشانی و لوله های برق/کابینت تجهیزات می باشد.

دسترسی به تجهیزات سیستم تهویه مطبوع HVAC:

اتاق تجهیزات باید امکان جابجایی تجهیزات سنگین و بزرگ را در حین نصب، تعویض و نگهداری داشته باشد.

توزیع هوا مجاری را در نظر می گیرد که هوای مطبوع را تا حد ممکن به طور مستقیم، آرام و مقرون به صرفه به منطقه مورد نظر می رساند. توزیع هوا شامل واحدهای پایانه هوا مانند مشبک و دیفیوزر برای انتقال جریان هوا به فضا با سرعت کم است. واحدهای ترمینال مجهز به فن، که از یک فن کامل برای اطمینان از تامین هوای فضا استفاده می کند. واحدهای پایانه حجم متغیر هوا، که مقدار متغیری هوا را به فضا می رسانند. واحدهای پایانه القایی تمام هوا، که هوای اولیه را کنترل می کند، هوای برگشتی را القا می کند و هوای مخلوط را در یک فضا توزیع می کند. و واحدهای پایانه القایی هوا و آب، که دارای یک کویل برای جریان هوای القایی است.

تمام لوله ها باید عایق بندی شوند تا از اتلاف حرارت جلوگیری شود و در مصرف انرژی صرفه جویی شود. همچنین توصیه می شود که ساختمانها دارای فضای سقفی کافی برای میزبانی لوله در سقف کاذب و دال کف باشند و می توانند به عنوان پلنیوم هوای برگشت برای کاهش مجرای برگشت استفاده شوند.

1سیستم تهویه مطبوع HVAC

شکل 1. نمایش سلسله مراتبی افقی الزامات سیستم HVAC.

سیستم لوله کشی برای انتقال مبرد، آب گرم، آب سرد، بخار، گاز و میعانات به و از تجهیزات HVAC به صورت مستقیم، آرام و مقرون به صرفه استفاده می شود. سیستم های لوله کشی را می توان به دو قسمت تقسیم کرد: لوله کشی در اتاق تجهیزات مرکزی و لوله های تحویل. لوله کشی تهویه مطبوع ممکن است بر اساس معیارهای کد موجود عایق بندی شده باشد.

سیستم های سیستم تهویه مطبوع HVAC مرکزی

یک سیستم تهویه مطبوع مرکزی ممکن است به یک یا چند ناحیه حرارتی خدمت کند و تجهیزات اصلی آن در خارج از ناحیه (های) ارائه شده در یک مکان مرکزی مناسب قرار دارد ، چه در داخل ، چه در بالا و چه در مجاورت ساختمان. سیستم های مرکزی باید مناطق را با بار حرارتی معادل خود تهویه کنند. سیستم های تهویه مطبوع مرکزی دارای چندین نقطه کنترل مانند ترموستات برای هر منطقه است. مطابق شکل 2، سیستم مورد استفاده در سیستم کنترل برای تأمین انرژی حرارتی، سیستم HVAC مرکزی را طبقه بندی می کند.

رسانه انتقال انرژی حرارتی می تواند هوا یا آب یا هر دو باشد که به صورت سیستم های تمام هوا، سیستم های آب-هوا، سیستم های تمام آب نشان داده می شود. همچنین، سیستم های مرکزی شامل پمپ های حرارتی منبع آب و پانل های گرمایش و سرمایش هستند. همه این زیر سیستم ها در زیر مورد بحث قرار گرفته است. سیستم مرکزی تهویه مطبوع دستگاههایی را در یک واحد انتقال هوا ترکیب کرده است ، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، که شامل فن های تهویه هوا و تغذیه، مرطوب کننده، کویل گرمایش، سیم پیچ خنک کننده، سیم پیچ پیش گرم، جعبه مخلوط، فیلتر و هوای بیرون است.

سیستم تهویه مطبوع HVAC تمام هوا

واسطه انتقال انرژی حرارتی از طریق سیستم های تحویل ساختمان هوا است. سیستم های تمام هوا را می توان بر اساس منطقه به عنوان یک منطقه و چند منطقه، میزان جریان هوا برای هر منطقه به عنوان حجم ثابت هوا و حجم هوای متغیر، گرمایش پایانی و مجرای دوگانه طبقه بندی کرد.

2سیستم تهویه مطبوع HVAC

شکل 2. نمایش سلسله مراتبی افقی انواع اصلی سیستمهای تهویه مطبوع مرکزی.

3سیستم تهویه مطبوع HVAC

شکل 3. ترتیب تجهیزات سیستم HVAC مرکزی.

سیستم تهویه مطبوع HVAC تک منطقه

یک سیستم تک ناحیه ای شامل یک واحد جابجایی هوا، یک منبع حرارتی و یک منبع خنک کننده، مجرای توزیع و دستگاههای تحویل مناسب است. واحدهای جابجایی هوا را می توان به طور کامل در جایی که منابع گرما و سرمایش در دسترس هستند یا در جایی که منبع گرما و سرمایش جدا شده است جداگانه یکپارچه کرد. بسته یکپارچه معمولاً یک واحد در پشت بام است و به مجرای لوله متصل است تا هوای مطبوع را به چندین فضا با منطقه حرارتی یکسان برساند. مزیت اصلی سیستم های تک ناحیه ای ساده بودن طراحی و نگهداری و کم هزینه بودن نسبت به سایر سیستم ها است. با این حال، ضعف اصلی آن استفاده از یک منطقه حرارتی واحد در صورت استفاده نادرست است.

4سیستم تهویه مطبوع HVAC

شکل 4. سیستم تهویه مطبوع تمام هوا برای منطقه تک.

در یک سیستم تهویه مطبوع تک ناحیه ای، یک دستگاه کنترل مانند ترموستات واقع در منطقه عملکرد سیستم را کنترل می کند، همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است. کنترل ممکن است تعدیل کننده یا روشن باشد تا بار حرارتی مورد نیاز را برآورده کند. تک ناحیه را می توان با تنظیم خروجی منبع گرمایش و سرمایش در واحد بسته بندی به دست آورد.

اگرچه ساختمانهای کمی می توانند یک منطقه حرارتی واحد داشته باشند، اما یک منطقه واحد را می توان در چندین مورد یافت. ساختمانهای مسکونی با یک خانواده را می توان به عنوان سیستمهای تک ناحیه ای در نظر گرفت، در حالی که سایر انواع ساختمانهای مسکونی می توانند انرژی حرارتی متفاوتی را بر اساس شغل و ساختار ساختمان شامل شوند. حرکت ساکنین بر بار حرارتی ساختمان تأثیر می گذارد، که منجر به تقسیم ساختمان به چندین منطقه واحد می شود تا شرایط محیطی مورد نیاز را تأمین کند.

این را میتوان در اقامتگاه های بزرگتر مشاهده کرد، جایی که ممکن است از دو (یا بیشتر) سیستم تک ناحیه ای برای تأمین منطقه بندی حرارتی استفاده شود. در آپارتمان های کم ارتفاع، هر واحد آپارتمان ممکن است توسط یک سیستم مجزا واحد مشروط شود. بسیاری از ساختمانهای بزرگ یک طبقه مانند سوپرمارکتها، فروشگاههای تخفیف دار، می توانند به طور موثر با مجموعه ای از سیستمهای تک منطقه ای مشروط شوند. ساختمانهای اداری بزرگ گاهی اوقات با مجموعه ای از سیستمهای جداگانه تک منطقه ای مشروط می شوند.

سیستم تهویه مطبوع HVAC چند منطقه ای

در یک سیستم تمام هوایی چند ناحیه ای، مجاری هوای تامین کننده جداگانه برای هر منطقه در یک ساختمان در نظر گرفته شده است. هوای سرد و هوای گرم (یا برگشت) در واحد انتقال هوا مخلوط می شوند تا به نیاز حرارتی هر منطقه برسند. یک منطقه خاص دارای هوای مطبوع است که نمی توان آن را با سایر مناطق مخلوط کرد و همه مناطق چندگانه با نیاز حرارتی متفاوت مجاری تأمین جداگانه را نیاز دارند، همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است.

سیستم تهویه مطبوع تمام هوای چند ناحیه ای شامل یک واحد انتقال هوا با مسیرهای موازی جریان از طریق کویل های خنک کننده و کویل های گرمایش و میراگرهای ترکیبی داخلی. توصیه می شود که یک منطقه، حداکثر 12 منطقه را به دلیل محدودیت های فیزیکی در اتصالات مجاری و اندازه دمپر ارائه دهد. در صورت نیاز به مناطق بیشتر، ممکن است از هواسازهای اضافی استفاده شود.

مزیت سیستم تهویه هوای مطبوع چند منطقه ای این است که چندین منطقه را بدون اتلاف انرژی مرتبط با یک سیستم گرمایش پایانی، به طور مناسب تهویه می کند. با این حال، نشت بین عرشه های کنترل کننده هوا ممکن است کارایی انرژی را کاهش دهد. ضرر اصلی نیاز به مجاری هوای متعدد تامین کننده برای سرویس دهی به مناطق مختلف است.

5سیستم تهویه مطبوع HVAC

شکل 5. سیستم تهویه مطبوع هوا برای مناطق مختلف.

سیستم تهویه مطبوع HVAC گرم شدن پایانه

سیستم گرمایش پایانه تمام هوایی یک منطقه چندگانه است که اقتباس از سیستم تک ناحیه ای را در نظر می گیرد، همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است. این را می توان با افزودن تجهیزات گرمایشی، مانند کویل آب گرم یا سیم پیچ برقی، به پایین دست سیستم، هوا را از واحدهای انتقال هوا در نزدیکی هر منطقه تامین کنید. هر ناحیه توسط ترموستات کنترل می شود تا خروجی گرمای تجهیزات گرمایشی را مطابق شرایط حرارتی تنظیم کند. هوای تأمین شده از واحدهای انتقال هوا تا پایین ترین نقطه خنک کننده سرد می شود و گرمایش پایانی بار گرمایش مورد نیاز را اضافه می کند.

مزیت گرمایش ترمینال انعطاف پذیری است و می توان آن را نصب یا حذف کرد تا تغییرات منطقه را برآورده کند، که باعث کنترل بهتر شرایط حرارتی در مناطق مختلف می شود. با این حال، طراحی گرمایش پایانی، سیستم کم مصرفی نیست زیرا مقدار قابل توجهی از هوای بسیار خنک کننده به طور منظم در مناطق مورد نیاز نیست، که می تواند به عنوان اتلاف انرژی در نظر گرفته شود. بنابراین، کدها و استانداردهای انرژی استفاده از سیستم های گرمایش را تنظیم می کنند.

سیستم تهویه مطبوع HVAC مجرای دوگانه

سیستم هوایی دو مجرایی اصلاح شده توسط ترمینال، مفهوم چند منطقه ای را کنترل می کند. یک واحد هواساز مرکزی دو جریان هوای مطبوع مانند عرشه سرد و عرشه گرم را ارائه می دهد، همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است. این جریانهای هوا در سراسر منطقه ای که توسط واحد انتقال هوا در مجاری جداگانه و موازی سرو می شود، توزیع شده است. هر منطقه دارای یک جعبه اختلاط ترمینال است که توسط ترموستات منطقه کنترل می شود تا دمای هوای تغذیه را با مخلوط کردن هوای سرد و گرم تغذیه تنظیم کند. این نوع سیستم ها با استفاده از کنترل ترمینال، معایب سیستم های قبلی را به حداقل می رساند و انعطاف پذیرتر می شود.

6سیستم تهویه مطبوع HVAC

شکل 6. سیستم مجرای تک با دستگاههای ترمینال گرمایش و واحدهای بای پس.

7سیستم تهویه مطبوع HVAC

شکل 7. سیستم دو کاناله HVAC تمام هوا.

سیستم های تهویه مطبوع HVAC با حجم هوای متغیر

برخی از فضاها به دلیل تغییر بارهای حرارتی به جریان هوای متفاوتی از هوای تامین کننده نیاز دارند. بنابراین، یک سیستم هوای متغیر حجم (VAV) راه حل مناسبی برای دستیابی به راحتی حرارتی است. چهار نوع قبلی سیستم های تهویه مطبوع تمام هوا سیستم های حجم ثابت هستند. سیستم VAV شامل یک واحد انتقال هوای مرکزی است که هوا را برای جعبه کنترل ترمینال VAV که در هر منطقه واقع شده است تنظیم می کند تا حجم هوای تغذیه را تنظیم کند، همانطور که در شکل 8 نشان داده شده است. دمای هوای تغذیه هر منطقه با دستکاری کنترل می شود.

سرعت جریان هوا نقطه ضعف اصلی این است که سرعت جریان هوا کنترل شده می تواند بر سایر مناطق مجاور با سرعت و درجه حرارت متفاوت یا مشابه تأثیر منفی بگذارد. همچنین، شرایط نیمه بار در ساختمانها ممکن است نیاز به سرعت جریان هوا کم داشته باشد که باعث کاهش قدرت فن و در نتیجه صرفه جویی در انرژی می شود. همچنین ممکن است میزان جریان تهویه را کاهش دهد، که می تواند برای سیستم HVAC مشکل ساز باشد و کیفیت هوای داخل ساختمان را تحت تأثیر قرار دهد.

8سیستم تهویه مطبوع HVAC

شکل 8. سیستمهای تهویه مطبوع هوایی با واحدهای پایانه VAV.

سیستم های تهویه مطبوع HVAC تمام آب

در سیستم تهویه مطبوع تمام آب، آب گرم و سرد شده از یک سیستم مرکزی به فضاهای تهویه شده توزیع می شود. این نوع سیستم نسبت به انواع دیگر نسبتاً کوچک است زیرا استفاده از لوله ها به عنوان ظروف توزیع و آب از ظرفیت و چگالی بیشتری نسبت به هوا برخوردار است که برای انتقال حرارت به حجم کمتری نیاز دارد. سیستمهای گرمایش تمام آب شامل چندین دستگاه تحویل مانند رادیاتورهای کف، رادیاتورهای پایه، بخاری های واحد و کنوکتورها می باشد. با این حال، سیستم های خنک کننده تمام آب غیر معمول هستند مانند واحدهای والانسی که در سقف نصب شده اند. نوع اولیه ای که در ساختمانها برای آماده سازی کل فضا استفاده می شود یک واحد فن کویل است.

سیستم تهویه مطبوع HVAC واحدهای فن کویل

همانطور که در شکل 9 نشان داده شده است، واحد فن کویل به طور قابل ملاحظه ای کوچک برای گرمایش و سرمایش کویل، فن گردش و سیستم کنترل مناسب استفاده می شود. واحد فن کویل را می توان در اتاق قرار داد یا در معرض دید سرنشینان قرار داد، بنابراین داشتن سطح مناسب و یک ظاهر طراحی ضروری است.

برای سیستم های مرکزی، واحدهای فن کویل به دیگهای بخار برای تولید گرمایش و به چیلرهای آب برای تولید سرمایش به فضای مطبوع متصل می شوند. دمای مطلوب یک ناحیه توسط یک ترموستات که جریان آب را به واحدهای فن کویل کنترل می کند، تشخیص داده می شود. علاوه بر این، سرنشینان می توانند واحدهای فن کویل را با تنظیم دریچه های هوا برای تنظیم دمای مطلوب تنظیم کنند. معایب اصلی فن کویل ها هوای تهویه است و تنها در صورت اتصال واحدهای فن کویل به هوای بیرون قابل حل است. معایب دیگر سطح سر و صدا است، به ویژه در نقاط بحرانی.

9سیستم تهویه مطبوع HVAC

شکل 9. سیستم تمام آب: واحدهای فن کویل.

سیستم تهویه مطبوع HVAC ترکیبی آب و هوا

سیستم های تهویه مطبوع آب و هوا به عنوان یک سیستم ترکیبی معرفی شده اند تا هر دو مزیت سیستم های تهویه مطبوع تمام هوا و سیستم های تهویه مطبوع تمام آب را ترکیب کنند. حجم ترکیب کاهش می یابد، و تهویه در فضای باز تولید می شود تا منطقه مورد نظر را به درستی تنظیم کند. آب وظیفه حمل بار حرارتی در ساختمان را بین 80 تا 90 درصد از طریق گرمایش و سرمایش آب بر عهده دارد، در حالی که هوا بقیه را تامین می کند. دو نوع اصلی وجود دارد: واحدهای فن کویل و واحدهای القایی.

سیستم تهویه مطبوع HVAC واحدهای فن کویل

واحدهای فن کویل برای سیستم های تهویه مطبوع آب و هوا مشابه سیستم های آب کامل هستند با این تفاوت که هوای مورد نیاز و آب مطبوع از یک واحد هوای مرکزی و سیستم های مرکزی آب (به عنوان مثال دیگهای بخار یا چیلرها) به منطقه مورد نظر ارائه می شود. به هوای تهویه می تواند به طور جداگانه به فضا منتقل شود یا به واحدهای فن کویل متصل شود. انواع اصلی سیستم های فن کویل، 2 لوله ای یا 4 لوله ای هستند، همانطور که در شکل 10 نشان داده شده است.

10سیستم تهویه مطبوع HVAC

شکل 10. سیستم HVAC هوا و آب با استفاده از واحدهای فن کویل با پیکربندی 4 لوله.

سیستم تهویه مطبوع HVAC واحدهای القایی

واحدهای القایی از نظر ظاهری مشابه واحدهای فن کویل هستند اما از نظر داخلی متفاوت هستند. یک واحد القایی با استفاده از جریان هوای با سرعت بالا از یک واحد جابجایی هوای مرکزی، جریان هوا را در یک اتاق از طریق کابینت القا می کند، که جابجایی اجباری فن در فن کویل را با اثر القایی یا شناوری واحد القایی جایگزین می کند، به عنوان مثال در شکل 11 نشان داده شده است. این را می توان به عنوان مخلوط کردن هوای اولیه از واحد مرکزی و هوای ثانویه از اتاق برای تولید هوای مناسب و مطبوع به داخل اتاق/منطقه انجام داد.

11سیستم تهویه مطبوع HVAC

شکل 11. سیستم HVAC هوا و آب با استفاده از واحدهای القایی.

سیستم تهویه مطبوع HVAC با پمپ های حرارتی منبع آب

از پمپ های حرارتی منبع آب برای صرفه جویی قابل توجه انرژی در ساختمانهای بزرگ در هوای بسیار سرد استفاده می شود. ساختمان مناطق مختلف می تواند توسط چندین پمپ حرارتی منفرد تنظیم شود، زیرا هر پمپ حرارتی را می توان با توجه به کنترل منطقه کنترل کرد. یک حلقه گردش متمرکز آب می تواند به عنوان منبع گرما و سینک حرارتی برای پمپ های حرارتی استفاده شود. بنابراین، پمپ های حرارتی می توانند به عنوان منبع اصلی گرمایش و سرمایش عمل کنند.

معایب اصلی عدم وجود تهویه هوا مشابه سیستمهای تمام آب در واحدهای فن کویل است. برای فرآیند گرمایش، دیگ بخار یا جمع کننده های خورشیدی برای تامین گرما در گردش آب مورد استفاده قرار می گیرد، در حالی که یک برج خنک کننده برای رد گرمای جمع آوری شده از پمپ های حرارتی به اتمسفر استفاده می شود. در این سیستم از چیلر یا هیچ سیستم تبرید استفاده نمی شود. اگر یک ساختمان به طور همزمان به فرآیند گرمایش برای مناطق و فرآیند سرمایش برای مناطق دیگر نیاز داشته باشد، پمپ حرارتی بدون نیاز به دیگ بخار یا برج خنک کننده، گرما را از قسمتی به قسمت دیگر توزیع می کند.

سیستم های تهویه مطبوع HVAC با تابلوهای گرمایش و سرمایش

پانل های گرمایش و سرمایش روی کف یا دیوارها یا سقف ها قرار می گیرند که می توانند منبع گرمایش و سرمایش باشند. همچنین می توان آن را پانل های تابشی نامید. این نوع سیستم را می توان به عنوان لوله ها یا لوله هایی که در داخل سطح مانع ایجاد می شوند، ایجاد کرد. جایی که محیط خنک کننده یا گرمایش در لوله ها برای خنک کردن یا گرم کردن سطح در لوله ها پخش می شود. لوله ها با سطح بزرگ مجاور متصل میشوند تا دمای سطح مطلوب برای فرآیند سرمایش و گرمایش حاصل شود.

فرایند انتقال حرارت عمدتا توسط حالت تابش بین سرنشینان و تابلوهای تابشی و حالت همرفت طبیعی بین هوا و صفحات انجام می شود. برای دستیابی به راحتی حرارتی برای سرنشینان، محدودیت دما برای صفحات کف تابشی، در محدوده 66 تا 84 درجه فارنهایت توصیه می شود (استاندارد ASHRAE 55). از تابلوهای سقفی یا دیواری تابشی می توان برای فرآیند سرمایش و گرمایش استفاده کرد. دمای سطح باید بیشتر از دمای نقطه شبنم هوا باشد تا از تراکم روی سطح در حین فرایند خنک کننده جلوگیری شود. همچنین، حداکثر دمای سطح 140 درجه فارنهایت برای سطوح سقف در 10 فوت و 180 درجه فارنهایت برای سطوح سقف در 18 فوت است. این دما برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد بالای سر سرنشینان توصیه می شود.

نصب چنین سیستم های تهویه مطبوعی اغلب در مقایسه با انواع دیگر همانطور که در بالا ذکر شد گران است، اما آنها می توانند مفید باشند و هزینه عملکرد کمتری دارند، عمدتا به دلیل محدودیت دمای سطح. یک سیگنال کنترلی به ترموستات هر ناحیه متصل است تا دمای متوسط را تغییر داده و فضا را تنظیم کند. محیط مورد استفاده می تواند مبرد یا آب باشد و به جای آب معمولی با گلیکول مهار شده (ضد یخ) مخلوط شود تا از یخ زدگی داخل لوله ها برای فرایند خنک کننده جلوگیری شود. مزیت اصلی این است که به فضای مورد نیاز احتیاج ندارید، فقط چند اینچ برای نصب پانل ها لازم است و دیگر هیچ گونه خاکی در سقف استاندارد یا مجرای لوله جمع آوری نمی شود. طرح های زیادی برای تولید پانل های جذاب موجود است.

سیستم تهویه مطبوع HVAC محلی

برخی از ساختمانها می توانند دارای چندین منطقه یا دارای یک منطقه بزرگ و واحد باشند که برای تأمین نیازهای حرارتی به سیستمهای تهویه مطبوع مرکزی نیاز دارد. با این حال، ساختمانهای دیگر ممکن است دارای یک منطقه واحد باشند که به تجهیزات واقع در داخل منطقه مانند خانه های کوچک و آپارتمانهای مسکونی نیاز دارد. این نوع سیستم ها به عنوان سیستم های تهویه مطبوع محلی در نظر گرفته می شوند زیرا هر تجهیزات بدون عبور از مرزها به سایر مناطق مجاور به منطقه خود خدمت می کند (به عنوان مثال، استفاده از تهویه مطبوع برای خنک کردن اتاق خواب یا استفاده از بخاری برقی برای اتاق نشیمن).

بنابراین، یک منطقه واحد فقط برای کنترل سیستم تهویه مطبوع محلی به نقطه کنترل یک نقطه ای متصل به ترموستات نیاز دارد. برخی ساختمانها دارای چندین سیستم تهویه مطبوع محلی به عنوان تجهیزات مناسب برای سرویس دهی به مناطق خاص هستند و توسط کنترل یک نقطه ای منطقه مورد نظر کنترل می شوند. با این حال، این سیستم های محلی متصل و یکپارچه به سیستم های مرکزی نیستند، اما هنوز بخشی از سیستم های تهویه مطبوع بزرگ کامل هستند. انواع زیادی از سیستم های تهویه مطبوع محلی وجود دارد که در شکل 12 نشان داده شده است.

12سیستم تهویه مطبوع HVAC

شکل 12. نمایش سلسله مراتبی افقی انواع اصلی سیستمهای تهویه مطبوع محلی.

سیستم تهویه مطبوع HVAC گرمایش محلی

یک منطقه واحد نیاز به یک بسته کامل از سیستم گرمایش دارد که شامل منبع و سیستم توزیع گرما باشد. برخی از نمونه ها شامل بخاری های برقی قابل حمل، شوفاژهای مقاوم در برابر برق، شومینه ها و اجاق های چوبی و بخاری های مادون قرمز است.

سیستم تهویه مطبوع HVAC خنک کننده محلی

سیستمهای خنک کننده محلی می توانند شامل سیستمهای فعال به عنوان سیستمهای تهویه مطبوع که خنک کننده، توزیع هوای مناسب در داخل یک منطقه و کنترل رطوبت هوا و سیستمهای طبیعی به عنوان خنک کننده جابجایی در پنجره باز، سرمایش تبخیری در چشمه ها را شامل می شود.

سیستم تهویه مطبوع HVAC تهویه موضعی

سیستم های تهویه موضعی را می توان با استفاده از وسایلی مانند پنکه پنجره به سیستم ها مجبور کرد تا هوا را بدون تغییر در محیط گرمایی منطقه بین فضای باز و یک منطقه متحرک جابجا کند. دیگر سیستم هایی که برای تهویه مورد استفاده قرار می گیرند، دستگاه های گردش هوا مانند میز تحریر یا پنکه هستند که با انتقال حرارت با حالت معمولی، راحتی حرارتی فضا را بهبود می بخشد.

سیستم های تهویه مطبوع HVAC محلی

سیستم تهویه مطبوع محلی یک بسته کامل است که می تواند شامل منبع سرمایش و گرمایش، فن گردش، فیلتر و دستگاه های کنترل باشد. در زیر سه نوع اصلی ذکر شده است.

کولر گازی پنجره ای

این سیستم یک دستگاه بسته بندی شده شامل یک چرخه تبرید تراکم بخار است که شامل یک کمپرسور، یک کندانسور، یک شیر انبساط و یک اواپراتور، علاوه بر یک فن، یک فیلتر، سیستم کنترل و محفظه است. سیستم های تهویه مطبوع پنجره ای را می توان در یک دهانه چارچوب دار یا بدون چارچوب در دیوارهای ساختمان و در دهانه پنجره ها بدون هیچگونه لوله کشی نصب کرد و هوای خنک کننده یا گرم کننده را به طور موثر در داخل فضای مطبوع توزیع کرد.

تهویه مطبوع شامل هر دو تبخیر کننده و کندانسور است که در آنجا کندانسور در خارج از فضا قرار دارد در حالی که تبخیر در داخل فضا است، با این حال، با نیازهای حرارتی به کل منطقه واحد خدمت می کند. فرآیند گرمایش را می توان با افزودن سیم پیچ مقاومت الکتریکی در تهویه مطبوع یا معکوس کردن چرخه تبرید به عنوان پمپ حرارتی به دست آورد. بسیاری از طرح های ویژگی برای ارائه ارزش های زیبایی و بهبود کیفیت و پاسخگویی تولید می شوند.

کولر گازی تک

از نظر تجهیزات شبیه به تهویه مطبوع پنجره ای است، اما برای ساختمانهای تجاری طراحی شده است. بر روی دیوار بیرونی ساختمان نصب شده است و عموماً در نزدیکی تقاطع کف دیوار قرار دارد، همانطور که در شکل 13 نشان داده شده است.

13سیستم تهویه مطبوع HVAC

شکل 13. بسته تهویه مطبوع واحد.

سیستم های تهویه مطبوع HVAC با یک دستگاه تهویه مطبوع روی سقف

این شامل یک چرخه تبرید تراکم بخار است. منبع حرارتی مانند پمپ حرارتی و مقاومت الکتریکی؛ یک کنترل کننده هوا مانند دمپر، فیلتر و فن؛ و دستگاه های کنترل، همانطور که در شکل 14 نشان داده شده است. این سیستم ممکن است به لوله کشی متصل شده و از یک منطقه بزرگ با اندازه بزرگ که توسط کولرهای گازی واحد یا پنجره قابل سرویس دهی نیست، استفاده کند.

14سیستم تهویه مطبوع HVAC

شکل 14. واحد تهویه مطبوع پشت بام.

سیستم های تهویه مطبوع HVAC تقسیم شده

سیستم های تهویه مطبوع تقسیم دارای دو دستگاه مرکزی هستند: کندانسور، واقع در فضای باز و اواپراتور، که در داخل خانه قرار دارد. این دو دستگاه با یک مجرای خطوط مبرد و سیم کشی به یکدیگر متصل می شوند. این سیستم برخی از مسائل مربوط به سیستم های تک ناحیه ای کوچک را حل می کند، زیرا مکان و نصب کولرهای گازی پنجره ای، واحد یا پشت بام ممکن است بر ارزش زیبایی و طراحی معماری ساختمان تأثیر بگذارد. سیستم های تقسیم می توانند شامل یک واحد کندانسور و متصل به چندین واحد اواپراتور باشند تا در شرایط ممکن یا شرایط محیطی مختلف تا حد امکان به مناطق مختلف خدمت کنند.

نتیجه گیری در مورد انواع سیستم های تهویه مطبوع HVAC

این فصل انواع سیستم های تهویه مطبوع را ارائه می دهد. سیستم های تهویه مطبوع دارای چندین الزامات هستند از جمله تجهیزات اولیه مانند تجهیزات گرمایش، تجهیزات خنک کننده و تجهیزات تحویل. نیاز فضا مانند امکانات سیستم تهویه مطبوع، اتاق تجهیزات و شفت عمودی؛ توزیع هوا؛ و لوله کشی انواع سیستم های تهویه مطبوع را می توان به سیستم های تهویه مطبوع مرکزی و سیستم های تهویه مطبوع محلی تقسیم کرد. این طبقه بندی بستگی به انواع منطقه و محل تجهیزات HVAC دارد.

سیستم های تهویه مطبوع مرکزی می توانند به مناطق متعدد و واحد خدمات رسانی کرده و در محل دور از ساختمان که به دستگاه های توزیع نیاز دارد، قرار گیرند. همچنین می توان آنها را به سیستم های تهویه مطبوع تمام هوا ، سیستم های تهویه مطبوع آب و هوا، سیستم های تهویه مطبوع تمام آب، پمپ های حرارتی منبع آب و سیستم های تابلو گرمایش و سرمایش طبقه بندی کرد. سیستم های تهویه مطبوع محلی بیشتر در داخل یا مجاور فضاهای نشیمن قرار گرفته و به یک منطقه واحد خدمت می کنند. آنها شامل سیستم های گرمایش محلی، سیستم های تهویه مطبوع محلی ، سیستم های تهویه محلی و سیستم ها تقسیم می شوند.

مرجع