تهویه مطبوع چیست؟

تاریخچه تهویه مطبوع

برای هزاران سال مردم از آتش برای گرم کردن خودشان استفاده می کردند. در آن زمان ها هوایی که به وسیله سوختن آتش جابجا می شد به شکل طبیعی حکم تهویه را برای افراد حول آتش ایفا می کرد. با این حال با ظهور دیگ های آب گرم و بخاز جهت تأمین گرمایش، نیاز به سیستم تهویه آشکار شد. در اواخر دهه 80 قرن نوزدهم محاسبات سر انگشتی طراحی سیستم های تهویه توسعه یافت و در بسیاری از کشور ها مورد استفاده قرار می گرفت.

در سال 1851 آقای دکتر جان گوری موفق به اختراع یک ماشین تبرید شد و پس از سی و چند سال، امکان استفاده از تبرید برای مقاصد صنعتی فراهم گردید. در ابتدا دو کاربرد اصلی این سیستم تبرید انجماد گوشت برای انتقال و تولید یخ بود. در اوایل قرن بیستم یک ابتکار جدید برای خنک کردن ساختمان ها جهت تأمین آسایش ظهور کرد. سیستم سرمایش ساختمان مبادلات بورس نیویورک در سال 1902 یکی از اولین سیستم های سرمایش بود. در آن زمان ها تهویه مطبوع صرفاً به سرمایش اتلاق می شد اگرچه به تدریج معنی آن از صرفاً سرمایش به کنترل پارامتر های زیر تغییر کرد:

مقدمه ای بر فرآیند تهویه مطبوع

همانطور که قبلاً اشاره شد استفاده از عبارت تهویه مطبوع زمانی درست است که کنترل تمامی پارامترهای دما، رطوبت، هوای تازه، فیلتراسیون و سیرکولاسیون را شامل گردد. هفت فرآیند اصلی برای دستیابی به تهویه مطبوع ایده آل به شرح زیر می باشند.

1- گرمایش: به فرآیند اضافه کردن انرژی گرمایی به فضای تهویه جهت افزایش و یا نگه داشتن دما در نقطه ای ثابت گرمایش گفته می شود.

2- سرمایش: به فرآیند خارج کردن انرژی گرمایی از از فضای تهویه جهت کاهش و یا نگه داشتن دما در نقطه ای ثابت سرمایش گفته می شود.

3- رطوبت زنی: به فرآیند اضافه کردن بخار آب (رطوبت) به هوا در فضای تهویه که به قصد افزایش و یا نگه داشتن رطوبت در نقطه ای ثابت انجام می شود، رطوبت زنی می گویند.

4- رطوبت گیری: به فرآیند حذف بخار آب (رطوبت) از هوا در فضای تهویه که به قصد کاهش و یا نگه داشتن رطوبت در نقطه ای ثابت انجام می شود، رطوبت گیری می گویند.

5- فیلتراسیون: به فرآیند حذف ذرات معلق (گرد و غبار و …) و آلودگی های بیولوژیکی (گرده گل، حشرات و …)  از هوا در فضای تهویه که به منظور بهبود کیفیت هوا صورت می گیرد، فیلتراسیون گفته می شود.

6- تهویه: به فرآیند تبادل هوا بین فضای بیرونی و فضای تهویه که به منظور رقیق کردن آلودگی های گازی در فضا و همچنین بهبود و کنترل کیفیت، ترکیبات و تازگی هوا انجام می شود، تهویه می گویند. تهویه می تواند به دو روش تهویه طبیعی (باز گذاشتن پنجره) و یا روش مکانیکی ( استفاده از فن جهت جابجایی هوا) صورت گیرد.

7- جریان هوا: به فرآیند به گردش درآوردن (سیرکوله کردن) و مخلوط کردن هوای داخل فضا به قصد بهبود تهویه و یکسان سازی دما در محیط ایجاد جریان هوا و یا سیکولاسیون گفته می شود.

تعریف تهویه مطبوع

استفاده از عبارت “تهویه مطبوع” می تواند به شکل قابل توجهی متفاوت باشد. بنابراین همواره توصیه می گردد معنی دقیق آن حاصل شود. به عنوان مثال : تهویه مطبوع پنجره ای عموماً سرمایش، در بعضی موارد رطوبت زدایی، کمی فیلتراسیون و تهویه تأمین می کند. آنها توانایی گرمایش یا رطوبت دهی به فضا را ندارند.

در مناطق با آب و هوای سردتر، گرمایش معمولاً با یک سیستم مجزا که در فضای بیرونی ساختمان قرار دارد، تأمین می گردد. الباقی فرآیند ها شامل : سرمایش، رطوبت دهی، رطوبت زدایی، فیلتراسیون، تهویه و سیرکولاسیون هوا توسط یک سیستم هوای جداگانه تأمین می شود. مهم است که به خاطر داشته باشیم دستگاه گرمایش و دستگاه هوارسان به اتفاق تشکیل سیستم تهویه مطبوع را می دهند.

طراحی تهویه مطبوع

قبل از انتخاب سیستم تهویه مطبوع باید بدانیم این سیستم قرار است چه مشخصاتی را برای هوا تأمین کند.

معمولاً هدف، تأمین یک محیط آسوده برای ساکنین است ولی اهداف بسیاری غیر از این نیز می توانند وجود داشته باشند مثلاً ایجاد یک فضای مناسب برای مرغداری، اتاق عمل یک بیمارستان، تثبیت دما و رطوبت برای حفظ قطعات هنری چوبی و غیره. قبل از طراحی و انتخاب یک سیستم موفق باید هر موقعیتی که بر پروژه حاکم است به صورت شفاف شناسایی گردد. چرا که نیازهای متفاوت، شرایط طراحی متفاوتی را می طلبد.

در ادامه مختصراً طراحی چند پروژه خاص و نوع کارایی و نیازهای سیستم تهویه مطبوع را بررسی می کنیم.جهت مطالعه بیشتر در خصوص انواع دستگاه تهویه مطبوع صنعتی نوشته چیلر را بررسی کنید.

لازم به ذکر است که رطوبت دهی و فیلتراسیون نیاز نیست. یک طراحی جامع تهویه جهت رسیدن به 4 هدف فوق می تواند تأثیر به سزایی در کاهش هزینه های اولیه و بهره برداری داشته باشد.

مثال دوم: اتاق عمل بیمارستان

این یک محیط بسیار حساس و بحرانی است که بهره گیری از یک سیستم تهویه مطبوع سفارشی و خاص را می طلبد. اهداف طراحی عبارتند از:

• تأمین گرمایش جهت جلوگیری از سرد شدن بیش از حد بدن بیمار
• تأمین سرمایش جهت جلوگیری از تعریق بیش از حد اعضای تیم اتاق عمل
• قابلیت کنترل دما توسط اعضای اتاق عمل از 18 تا 26 درجه سانتیگراد
• رطوبت دهی جهت کاهش احتمال ایجاد جرقه های الکتریسیته ساکن
• کنترل رطوبت جهت جلوگیری از رشد قارچ ها و ایجاد نقطه آسایش برای اعضای تیم اتاق عمل
• تمیز کردن هوای ورودی با استفاده از فیلترهای با راندمان بسیار بالا جهت جلوگیری از ورود ارگانیسم های هوابرد و ایجاد عفونت در بیمار
• تهویه جهت خارج کردن آلودگی های هوابرد و تازه نگه داشتن هوای سالن
• ایجاد جریان هوای یکپارچه از سمت دریچه های ساپلای سقف به سمت تخت بیمار و در نهایت به سمت دریچه های اگزاست تعبیه شده در کف جهت به حداقل رساندن آلودگی های اتاق عمل

این موقعیت نیازمند طراحی و پیاده سازی یک سیستم تهویه مطبوع پیشرفته و کاملاً قابل اطمینان می باشد.

مثال سوم: حفظ قطعات هنری چوبی

اهداف ما در این فضا پایین نگه داشتن رطوبت جهت به حداقل رساندن احتمال رشد قارچ ها و در عین حال بالا نگاه داشتن رطوبت جهت به حداقل رساندن احتمال خشک شدن هوا و بروز آتش سوزی می باشد. همچنین به حداقل رساندن احتمال ترک خوردن و یا باد کردن قطعات چوبی که با تغییر رطوبت در هوا اتفاق می افتد. بنابراین چالش طراحی ما نگه داشتن رطوبت در یک سطح کاملاً ثابت، دمای حدوداً ثابت و به حداقل رساندن تهویه مورد نیاز برای یک سیستم تهویه مطبوع دائم کار می باشد. در این موقعیت کنترل رطوبت در درجه اول اهمیت و کنترل دما در درجه دوم اهمیت قرار دارد. معمولاً در این موارد رعایت تمامی 7 فرآیند تهویه مطبوع مورد نیاز می باشد که به این قبیل فضاها، فضای تماماً تهویه مطبوع گفته می شود.

ویژگی های مؤثر بر آسایش افراد

پنج ویژگی فضا شامل : شرایط دمایی، کیفیت هوا، میزان صدا، روشنایی و معماری بر روی میزان آسایش افراد تأثیر گذار است. از بین این پنج ویژگی تنها دما و کیفیت هوا به طور مستقیم با سیستم تهویه مطبوع قابل کنترل هستند. میزان صدای موجود در فضا ممکن است از جهاتی مؤثر باشد. جنبه های روشنایی و معماری شامل تخصص ما نمی شوند اما در طراحی سیستم تأثیرگذار هستند. در ادامه مختصراً به توصیف این 5 ویژگی و تأثیرات آن بر آسایش افراد می پردازیم.

شرایط دمایی

شرایط دمایی فراتر از صرفاً دمای هوا می باشد. اگر سرعت هوا خیلی بالا باشد، فضا سرد تلقی خواهد شد. اگر گردش هوا وجود نداشته باشد ساکنین، هوا را اصطلاحاً خفه تلقی می کنند. سرعت هوا در یک فضا به شکل عمده توسط سیستم تهویه مطبوع کنترل می گردد.

کیفیت هوا

کیفیت هوا در یک فضا توسط ساکنین و سایر محتوای موجود در فضا تحت تأثیر قرار می گیرد. این آلودگی کم و بیش با میزان ورود هوای تازه کم شده و میزان آلودگی رقیق تر می شود. معمولاً فضاهای با تراکم نفرات بالا مانند یک سینما و فضا های با فعالیت پر آلودگی مانند آشپزی نیازمند هوای تازه بسیار بیشتری نسبت به یک فضای اداری یا مسکونی هستند.

میزان صدا

میزان صدای یک محیط ممکن است ناشی از صداهای ترافیک خیابان، خود ساکنین، تجهیزات موجود و سیستم تهویه مطبوع باشد. شرایط طراحی میزان صدا با توجه به کاربری فضا متغیر است. مثلاً شرایط طراحی برای یک استودیو ضبط صدا بسیار حساس تر و مهم تر از یک کارگاه ریخته گری می باشد.

روشنایی

روشنایی بر طراحی تهویه مطبوع تأثیر گذار است چرا که هر منبع نور کم و بیش از خود گرما نیز منتشر می کند.

معماری

فرض کنید ساکنین روی یک مبل در کنار پنجره نشسته اند، در صورت تابش نور خورشید روی افراد آنها احساس گرما می کنند و در زمانی که هوا ابری است احساس سرما خواهند کرد. دقیقاً اینجاست که طراحی معماری ساختمان مستقل از دمای فضا بر روی آسایش افراد تأثیر می گذارد.