تهويه مطبوع چيست؟
تهويه مطبوع چيست؟
تهويه مطبوع به شكل دقيق عبارت است از تكنولوژي رساندن شرايط داخل به شرايط استاندارد يا آساش مطلوب . اين شرايط مي تواند شامل كيفيت هوا ؛ دما ، رطوبت يا فشار باشد. طراحي سيستم تهويه مطبوع را مهندسين مكانيك با استفاده از اصول ترموديناميك ، مكاينك سيالات يا اصول انتقال حرارا انجام ميدهد. در بيشتر مواقع از لغت تبريد نيز به جاي تهويه مطبوع استفاده مي شود.
استاندارد مرجع تهويه مطبوع در كشور آمريكا استانداردي به نام اشري است و به عنوان يك مرجع طراحي در كنار مباحث چهاردهم و شانزدهم در نظام مهندسي استفاده مي شود. نر افزار محبوب محاسبه اي بارهاي حرارتي و برودتي در بين مهندسين ايران ، نرم افزار بررسي ساعتي كرير است.
انواع سيستم هاي تهويه مطبوع
با رويكرد هاي مختلف ميشود سيستم هاي تهويه مطبوع را طبقه بندي كرد . اط نظر كاربران يان نوع سيستم ها مي توانند مركزي ، مجزا و تركيبي باشند .
- از سيستم هاي تهويه مطبوع مركزي مي توان به چيلر و فن كويل اشاره كرد.
- در سيستم مجزا مي توان از كولر آبي يا اسپليت ديواري به همراه پكيج ديواري مستقل و رادياتور استفاده كرد.
- سيستم تركيبي نيز شامل موتورخانه ي گرمايشي مركزي به همراه رادياتورها / كويل هاي آب گرم براي گرمايش، و سيستم اسپليت ديواري يا داكت اسپليت يا كولر آبي جهت سرمايش است.
از ديدگاه انرژي مصرفي مي توان سيستم هاي تهويه مطبوع را در زمينه ي سرمايش به دو دسته ي زير تقسيم بندي كرد:
- تمام برقي مانند چيلر هاي تراكمي، اسپليت كانالي، وي آر اف VRF
- تركيبي گاز و برق همانند چيلرهاي جذبي و جي اچ پي GHP يا پمپ حرارتي گازي
از ديدگاه طرز خنك سازي كندانسور مي توان سيستم هاي تهويه مطبوع را به دو سيستم تقسيم كرد:
- آب خنك همانند چيلرهاي جذبي يا تراكمي آب خنك كه نياز به برج خنك كننده دارند
- سيستم هواخنك مانند چيلر تراكمي هوا خنك، اسپليت، اسپليت كانالي، وي آر اف VRF و جي اچ پي GHP يا پمپ حرارتي گازي
از نظر سيال انتقال حرارت مي توان دو دسته ي زير را در نظر گرفت:
- سيستم هاي آبي كه در آن سيال انتقال حرارت آب است و توسط چيلر يا بويلر و ديگ توليد مي شود و با استفاده از پمپ ها به واحد هاي توزيع هدايت مي شود
- سيستم هاي با مايع مبرد كه در قسمت اواپراتور هوا را سرد مي كنند و با استفاده از سيال هوا دما، رطوبت، كيفيت و فشار طرح داخل را تنظيم مي كنند. مثال بارز اين نمونه سيستم هاي وي آر اف، اسپليت كانالي و اسپليت ديواري هستند. توجه داشته باشيد كه در اغلب مواقع از سيستم هاي تركيبي استفاده مي شود.
از نظر نوع انتقال سيال انتقال حرارت مي توان
- با استفاده از لوله هاي گالوانيزه يا چند لايه آب را و يا با استفاده از لوله هاي مسي مبرد را انتقال داد.
- به وسيله ي كانال هاي هوا و با استفاده از ايرواشر، هوارسان يا كولر آبي هوا را انتقال داد.
تجهيزات تهويه مطبوع
چيلر
مولد سرمايي است و مي تواند داراي كمپرسوري يا ژنراتور باشد.
چيلر جذبي
چيلر جذبي با استفاده از يك ماده جاذب به نام ليتيوم برومايد و مبرد آب اقدام به سرد كردن آب مي كند كه در قسمت ژنراتور مي توان با كمك مشعل و به صورت شعله مستقيم يا به كمك لوله هاي بخار يا آب به رطوبت گيري ليتيوم برومايد اقدام كرد. اين چيلر ها آب خنك هستند و با استفاده از برج خنك كننده كندانسوري آنها خنك مي شود.
چيلر تراكمي
چيلر كمپرسوري مي تواند با كمپرسور اسكرو يا اسكرال سيكل تبريد را به نوعي كامل مي كند . چيلر تراكمي سانتريفيوژ نيز در اين دسته بندي قرار مي گيرند و شامل انواع سانتريفيوژ با پروانه ي تك مرحله اي، سانتريفيوژ با پروانه ي دو مرحله اي و توربوكر هستند. كندانسور اين نوع از چيلر ها آب يا هوا را خنك مي كنند.
بويلر يا ديگ فولادي
نوعي مولد گرما است و با استفاده از گاز طبيعي و مشعل آب گرم مورد نياز را توليد مي كند. پكيج هاي گرمايشي از انواع مستقل و كوچك سازي شده اين بويلر ها هستند و ديگ هاي چدني براي ساختمانهاي اداري مسكوني با متراژ متوسط كارايي دارند.
فن كويل
فن كويل واحد توزيع برودتي و حرارتي است كه با استفاده از لوله هاي آب متصل به كويل و فن هاي چند حالته سرعت كار مي كند.
هوارسان
هواساز يك جعبه كاملا بزرگ است كه داراي بخش هاي مختلفي است كه وظيفه آن انجام عمليات از جمله حفظ كيفيت هوا با فيلتر كردن سرمايش ، گرمايش ، رطوبت زني يا رطوبت گيري ، بازيافت انرژي و تغييرات فشار را برعهده دارد . هوارسان مي تواند به چيلر، بويلر يا كندانسينگ يونيت متصل شود.
اسپليت ديواري
كولر گازي از دو بخش يونيت خارجي شامل كمپرسور، كندانسور به همراه فن و لوله مويين يا شير انبساط و يونيت داخلي شامل اواپراتور و فن اواپراتور و بدنه تشكيل شده است كه با استفاده از لوله هاي مسي رفت و برگشت اتصال بين دو يونيت برقرار مي شود. مي توان از اسپليت ديواري كه به سيستم دي ايكس( (DX نيز شناخته مي شود و با استفاده از انرژي برق به توليد برودت و حرارت ميپردازد.
اسپليت كانالي
نوع ديگر اسپليت ديواري است با اين تفاوت كه يونيت داخلي به شكل فن كويل سقفي توكار تعبيه شده است و هوا پس از سرد شدن از طريق كانال و دريچه به فضاهاي مختلف مي رسد. مي توان در جلوي اسپليت كانالي كويل گرمايي نصب و آنرا به سيستم گرمايش گازسوز مركزي-مستقل متصل مي كند تا بتوان در زمستان با انرژي گاز طبيعي گرمايش واحد را تامين كرد.
وي آر اف -VRF
وي آر اف تركيبي از يكسري يونيت هاي داخلي ديواري، كاستي يا كانالي به همراه يونيت هاي خارجي مركزي است كه براي پروژه متراژ متوسط كاربرد دارد. از اين رو كه هر واحد داخلي به يك يونيت خارجي متصل نمي شود و چند يونيت داخلي به يك يونيت خارجي متصل مي گردند.
تاريخچه تهويه مطبوع
تهويه مطبوع يكي از برجسته ترين اختراعات بشر مدرن است. انجام عمليات مختلف به روي هوا جهت تامين آسايش يا ايجاد شرايط طرح و مورد نظر از عوامل كليدي زندگي مدرن به شمار مي آيد. بدون استفاده از سيستم تهويه مطبوع، بسياري از ساختمانهاي امروزي بي استفاده مي شدند. تهيه مطبوع مطبوع كمك هاي فراواني به زندگي در مناطق غير قابل سكونت نموده است و به طور محسوس در پراكندگي جعرافيايي جمعيت كشورها تاثير داشته است. جالب است بدانيم كه تهويه مطبوع در بيمارستانها باعث نجات جان بسياري از بيماران گرديده است و ميزان مصرف آنتي بيوتيك بعد از عمل و در دوره ي بهبودي را به طرز چشمگيري كاهش داده است. تهويه مطبوع و اتاقهاي تميز در صنعت داروسازي با تاثير مستقيم در توليد انواع دارو در راستاي بهبود سلامت بشر گام نهاده است. به جرات مي توان گفت كه بدون استفاده از تهويه مطبوع ديتا سنتر ها و متعاقب آن اينترنت قابليت عملكردي نداشت. در ادامه نگاهي مختصر در خصوص اتفاقات تاريخي و اختراع تهيه مطبوع مپيردازيم.
برجسته ترين دانشمندي كه شروع به نظريه پردازي در اين خصوص نمود آقاي سعدي كارنو بود كه سيكل كارنو را در سال 1890 تئوريزه كرد اگرچه دانشمندان زيادي قبل از ايشان كمك زيادي به پيشرفت علم كرده بودند ولي نقش كارنوي فرانسوي غير قابل انكار است.
از نظر تاريخي و بر اساس اشري مي توان تاريخ هاي مهم را به شرح زير بر شمرد:
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
مضرات درجه حرارت بالاي محيط
در سال 1840 مخترع و فيزيكدان اهل فلوريداي آمريكا ايده ي خنك سازي شهرها و اماكن را جهت جلوگيري از مضرات درجه حرارت بالاي محيط مطرح نمود. دكتر جان گوري معتقد بود كه سرمايش كليد اصلي مقابله با بيماري مالارياست و باعث مي شود كه بيماران راحت تر باشند. اما در آن برهه زماني ايده ي ايشان مستلزم آوردن يخهاي شمال آمريكا به فلوريدا بود كه اين امر امكان پذير نبود.
علاوه بر اين چالش لجستيكي پر هزينه، دكتر گوري شروع به تحقيقاتي پيرامون نظريه سرمايش مصنوعي نمود. او يك ماشيني طراحي كرد بود كه با كمپرسوري كه توسط اسب، باد يا آب كار مي كرد بتواند يخ توليد كند و پتنت ساخت آن را در سال 1851 ثبت نمود. اگرچه ايشان نتوانست ايده ي خود را تجاري سازي نمايد و با مرگ پشتيبان اصلي مالي اش همه چيز متوقف گرديد ولي اختراع و ايده ي اصلي ايشان پايه گذار تهويه مطبوع و تبريد مدرن گرديد.
صفحات چين دار، ايده انقلابي
ايده ي سرمايش مصنوعي براي سالهاي متمادي به پستو رفت تا اينكه مهندس جواني به نام ويليس كرير در سال 1902 در شركت بوفالو فورج مشغول به كار شد. آقاي كرير به روي حل مشكل رطوبت شركت چاپخانه و ليتوگرافي ساكت ويلمز متمزكر بود چراكه رطوبت باعث مي شد تا صفحات مجلات چين دار شوند.
پس از تحقيقات طولاني آقاي كرير يك سيستمي را طراحي كرد كه قادر بود با استفاده از دستگاهاي كويل هاي سرمايشي رطوبت را كنترل كند. پتنت ساخت اين دستگاه با نام دستگاهي براي عمليات به روي هوا كه مي تواند رطوبت گيري يا رطوبت دهي انجام دهد ثبت گرديد. هماهنطور كه او به آزمايش و بهينه سازي فن آوري خودش ادامه مي داد، توانست پتنت ساخت سيستم كنترل اتوماتيك رطوبت و دماي هوا را در صنعت نساجي ثبت كند.
طولي نكشيد تا آقاي كرير متوجه شد كه مي تواند با كنترل رطوبت و تهويه مطبوع به روي تمامي صنايع تاثير گذار باشد كه در نتيجه از شركت بوفالو فورج استعفا داد و به همراه ۶ مهندس ديگر شركت مهندسي كرير را بنا نهاد.
سرمايش ساختمان هاي عمومي
در نمايشگاه جهاني سنت لوييس سال 1904، برگزار كنندگان نمايشگاه از تبريد مكانيكي براي سرمايش ساختمان ايالتي ميسوري استفاده كردند. سيستم از 35000 سي اف ام هوا استفاده مي كرد تا 1000 صندلي سالن اجتماعات، ساختمان گنبدي و ديگر فضاها را خنك سازد. اين اولين باري بود كه يك فضاي عمومي در معرض تهويه مطبوع قرار مي گرفت. پيشرفت بزرگ در صنعت تهويه مطبوع هنگامي در سال 1920 صورت گرفت همان زمان كه مردمان آمريكا براي تماشاي فيلم هاي ستاره هاي هاليوود به سالنهاي سينما هجوم مي آوردند جالب است بدانيم همزماني پيشرفت صنعت سينما و تهويه مطبوع در كشور آمريكا هنگامي رخ داد كه ديگر صنايع درگير ركود بزرگ بعد از جنگ جهاني اول بودند. سيستم هاي اوليه تهويه مطبوع سالنهاي سينما عاري از ايراد نبود چراكه اساسا از سيستم هاي گرمايشي كه با مبرد تغيير يافته بود استفاده مي كردند تا از طريق ونت ها هواي سرد را توزيع كنند كه اين سيستم باعث مي شد هواي سطوح بالاتر گرم و كثيف باشد و هواي سطوح پايين تر تا حدي سرد مي شد كه در برخي مواقع شركت كنندگان مجبور مي شدند تا پاهاي خود را روزنامه پيچ كنند تا گرم بماند. در سال 1922 شركت مهندسي كرير اولين سيستم سرمايشي استاندارد را براي سالن نمايش متروپوليتن در شهر لس آنجلس پياده سازي نمود كه قادر بود هواي سرد را در تمام سطوح ساختمان به طور مناسب و همزمان با كنترل دما و رطوبت توزيع نمايد.
در ماه مه 1922 شركت كرير يك سيستم جديد مجهز به چيلر سانتريفيوژ را جهت سالن نمايش ريولي در شهر نيويورك ارائه نمود. با افزايش كاربرد سيستم هاي تهويه مطبوع هزينه اوليه توليد كاهش يافت و اين سيستم ها در سرتاسر كشور آمريكا مورد استفاده قرار گرفت.
استفاده از تهويه مطبوع در ساختمانهاي مسكوني
علي رغم پيشرفت در فن آوري هاي سرمايشي، اين سيستمها براي خانه ها بسيار بزرگ و گران قيمت بودند. شركت فريجيدر در سال 1929 يك دستگاه اسپليت را جهت خنك سازي منازل مسكوني معرفي نمود. اين دستگاه كوچك به اندازه ي يك راديو كابينتي بود ولي سيستم وزن زيادي داشت، گران قيمت بود و يك كندانسور مجزا نيز نياز داشت. شركت جنرال الكتريك طراحي ها را توسعه داد و يك كولر يكپارچه ي پنجره اي درست كرد ( از سال 1930 تا 1931 سي و يك دستگاه نمونه مشابه توليد كردند).
در همان زمان مهندسين شركت جنرال موتور مبرد كلروفلوئورو كربن را ساختند كه به عنوان اولين مبرد غير قابل اشتعال به طور مداوم باعث بهبود عملكرد و ايمني دستگاههاي تهويه مطبوع گرديد. اگرچه اين مواد شيميايي در سالهاي بعد بخاطر ضرري كه براي لايه ازن داشتند به وسيله ي پروتوكل مونترال سال 1990 از رده ي توليد و استفاده خارج گرديد. مبرد هيدرو فلوئورو كربن كه با لايه ازن سازگار بود محبوب شد ولي امروزه نام اين مبرد نيز با تغييرات آب و هوايي گره خورده است.
مهندسي به نام هنري گلسون دستگاه كولر پنجره اي را توسعه داد و توانست قيمت تمام شده ي آن را كاهش دهد تا در سال 1947 در حدود 43000 دستگاه كولر پنجره اي خانگي به فروش رسيد و ساكنين منازل از تهويه مطبوع بدون پرداخت هزينه گزاف بهره مند گرديدند.
در اواخر دهه 1960 بيشتر خانه هاي پيشرفته در كشور آمريكا به سيستم هاي تهويه مطبوع مركزي يا مستقل مجهز شده بودند و مردم توانستند در ايالتهايي كه آب و هواي گرمي دارند از جمله آريزونا و فلوريدا سكونت داشته باشند.
با افزايش تقاضا در استفاده از سيستم هاي تهويه مطبوع و در دهه 70 ميلادي، بحران انرژي در جهان رخ داد. در پاسخ به اين بحران، قانون گزارهاي ايالت متحده آمريكا قوانيني را به تصويب رساندند كه توليد كنندگان تهويه مطبوع را ملزم به رعايت استاندارد هاي بهينه سازي مصرف انرژي برنامه ي استانداردهاي تجهيزات و اقلام گرديدند.
از سال 1992 دپارتمان انرژي ايالت متحده آمريكا استاندارد جامعي را براي توليد كنندگان دستگاههاي تهويه مطبوع خانگي و هيت پمپها منتشر نمود. پيش بيني مي شود كه اين استاندارد در بازه زماني 1993 تا 2023 بتواند 29 ميليارد دلار در قبوض انرژي صرفه جويي نمايد. استانداردي كه در سال 2006 تصويب گرديد نيز مي تواند 70 ميليارد دلار را در بازه ي سالهاي 2006 تا 2035 در قبوض ذخيره نمايد و همچنين از انتشار 369 تن دي اكسيد كربن در سال كه معادل 72 ميليون ماشين مي باشد جلوگيري مي نمايد.
نتايج اين قوانين منجر به گسترش و توسعه بهينه سازي مصرف انرژي گرديد به طوري كه مي توان گفت تجهيزات امروزي نسبت به سال 1990 تا 50 درصد كمتر انرژي مصرف مي كنند.
برچسب: تهويه مطبوع،