قبل از بررسی تقسیم بندی سیستم‌های تهویه مطبوع بر اساس سیال باید بدانیم تهویه مطبوع یکی از اصولی‌ترین و مهم‌ترین نیازهای مدرن جامعه‌ها در حوزه ساختمان‌ها است. این فرایند به منظور ایجاد شرایط آسایشی و بهینه برای ساکنان یا کاربران ساختمان‌ها، انجام می‌شود. برای دستیابی به این هدف، از سیستم‌های تهویه مطبوع استفاده می‌شود که با تأمین همزمان انتقال حرارت، رطوبت و جریان هوا، محیط را در دما و رطوبت مطلوب نگه می‌دارند.
یکی از روش‌های تقسیم بندی سیستم‌های تهویه مطبوع بر اساس سیال استفاده شده در فرآیند تهویه مطبوع است. این تقسیم‌بندی براساس نوع سیال (مایع یا هوا) که برای انتقال حرارت و رطوبت به کار می‌رود، انجام می‌شود. به این ترتیب، دو دسته اصلی سیستم‌های تهویه مطبوع شامل سیستم‌های مبتنی بر سیال هوا و سیستم‌های مبتنی بر سیال مایع به وجود می‌آیند.
در سیستم‌های مبتنی بر سیال هوا، هوا به عنوان سیال اصلی برای انتقال حرارت و رطوبت به کار می‌رود.
این سیستم‌ها شامل انواع مختلفی از تهویه‌گرها، فن‌ها، دمنده‌ها و فیلترها هستند.
که هوا را پس از تصفیه و تهویه به محیط اطراف ساختمان تزریق می‌کنند. این روش معمولاً در ساختمان‌ها و فضاهای بزرگ صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد و می‌تواند به صورت مرکزی یا مجزا طراحی شود.
سیستم‌های مبتنی بر سیال مایع، به جای هوا، از مایع‌های خنک‌کننده مانند آب یا برمست استفاده می‌کنند. این سیستم‌ها عمدتاً در صنایع یا مکان‌هایی که نیاز به خنک‌کنندگی بالا و کنترل دمای دقیق‌تر دارند، به کار می‌روند. به عنوان مثال، در سیستم‌های تهویه مطبوع برای اتاق‌های سرور، بخش‌های بزرگ خنک‌کننده یا کارخانجات تولیدی از این نوع سیستم‌ها استفاده می‌شود.
ظرفیت حرارتی و برودتی هواساز‌ها به عنوان عناصر بسیار حیاتی در تهویه مطبوع و گرمایش ساختمان‌ها شناخته می‌شوند. این دستگاه‌ها با کنترل دمای هوا و توزیع آن به صورت مناسب، برای ایجاد شرایط آسایشی و بهبود کیفیت هوای داخلی به‌کار می‌روند.
تقسیم بندی سیستم‌های تهویه مطبوع بر اساس سیال و اجزای آن
در تقسیم بندی سیستم‌های تهویه مطبوع بر اساس سیال آشنایی با اجزای سیستم تهویه مطبوع حائز اهمیت است. اجزای سیستم تهویه مطبوع شامل منابع حرارت، منابع برودت، مخزن انبساط، پمپ‌ها، دستگاه‌های رطوبت‌زن و دستگاه‌های رطوبت گیر هستند. این اجزا در انواع سیستم‌های تهویه مطبوع به‌کار می‌روند.
منابع حرارت به وسیله مصرف سوخت یا الکتریسیته حرارت تولید می‌کنند و بسته به نوع سیالی که گرم می‌شود، به دیگ یا کوره تقسیم می‌شوند. منابع برودت در سیستم‌های گرمایش و سرمایش از نوع چیلر شناخته می‌شوند و می‌توانند به دو نوع ضربه‌ای یا معمولی و چیلر جذبی تقسیم شوند. این منابع با ایجاد بخار ماده مبرد که معمولاً گازی است، سرمایش ایجاد می‌کنند.
مخزن انبساط در سیستم‌های تمام آب وجود دارد و وظیفه کنترل تغییر حجم سیال را برعهده دارد. این قطعه با تغییر دمای سیال و تغییر حجم آن، فشار را در کل مدار سیستم تنظیم می‌کند و از بروز اشکال در سیستم جلوگیری می‌کند.
پمپ‌ها دستگاه‌هایی هستند که سیال را به حرکت درمی‌آورند و می‌توانند از نوع پمپ‌های حلزونی یا فن و بادزن باشندکه به دو نوع جریان محوری و جریان عمودی تقسیم می‌شوند.
دستگاه‌های رطوبت‌زن با استفاده از سیستم‌های مختلف و متفاوت، رطوبت محیط را افزایش می‌دهند. این دستگاه‌ها می‌توانند تشتکی، فراصوت، دیسکی، بستر متخلخل، بستر صلب، و پاششی باشند.
دستگاه‌های رطوبت گیر نیز با استفاده از پدیده فیزیکی تعرق، رطوبت هوا را کاهش می‌دهند.
با سرد کردن هوا تا دمای پایین‌تر از نقطه شبنم، رطوبت هوا به صورت قطرات ریز آب از هوا خارج می‌شود.
این دستگاه‌ها عموماً از یک منبع برودت به نام کویل سرمایش استفاده می‌کنند و با عبور هوا از روی کویل، رطوبت آن گرفته می‌شود.
تقسیم بندی سیستم‌های تهویه مطبوع بر اساس سیال
تقسیم بندی سیستم‌های تهویه مطبوع بر اساس سیال مورد استفاده، در سه دسته مختلف انجام می‌شود. این سیستم‌ها برای کنترل همزمان رطوبت، دما و سرعت جریان هوا در محیط‌ها طراحی می‌شوند.
همه این سیستم‌ها از یک سیال برای منتقل کردن گرما و سرما به محل مورد نظر استفاده می‌کنند. سه دسته‌ای که به آن‌ها اشاره می‌شود به ترتیب سیستم تهویه مطبوع تمام هوا، سیستم‌های هوا-آب و سیستم تهویه مطبوع تمام آب هستند.
سیستم‌های هوا-آب نیز به دو زیر دسته‌ی مختلف تقسیم می‌شوند. این سیستم‌ها برای گرمایش از آب گرم یا آب داغ و برای سرمایش از آبسرد کن یا چیلر استفاده می‌کنند. گرمایش با آب گرم در دمای 70 تا 90 درجه انجام می‌شود، در حالی که گرمایش با آب داغ با استفاده از دمای آب بالاتر انجام می‌پذیرد.
این نوع سیستم‌ها عمدتاً در ساختمان‌ها و مکان‌های بزرگ صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
سیستم‌های تهویه مطبوع تمام آب همچنین یکی دیگر از انواع سیستم‌های هوا-آب هستند. این سیستم‌ها، رطوبت هوا را تغییر نمی‌دهند اما به دلیل هزینه کم و نیاز به تأسیسات کم‌حجم، در برخی موارد مورد ترجیح قرار می‌گیرند.
این سیستم‌ها از آب به عنوان سیال ناقل حرارت و برودت استفاده می‌کنند. آب با استفاده از دیگ‌های بخار یا دیگ‌های آبگرم گرم می‌شود و برای گرمایش ساختمان در فصول سرد استفاده می‌شود.
همچنین برای سرمایش در فصول گرم، از چیلر یا آبسرد کن برای تهیه آب سرد استفاده می‌شود و این آب سرد برای سرمایش فضاها استفاده می‌شود.
در نهایت، بادبزن یا فن، هوا را از روی کویل عبور داده و به گرمایش یا سرمایش اتاق‌ها کمک می‌کند.
مزایا و معایب سیستم های تمام آب
در تقسیم بندی سیستم‌های تهویه مطبوع بر اساس سیال مشاهده کردید که یکی از سیستم‌های مورد استفاده، تمام آب است. از مزایا و معایب این سیستم می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
مزایای سیستم‌های تمام آب:
- کاهش اشغال فضا: نسبت به سیستم‌های کانال‌کشی هوا، سیستم تغذیه سیال سرد (لوله‌کشی) کمتری از فضا در اختیار می‌گیرد و همچنین اتلاف حرارت در مسیر انتقال آب سرد و گرم نسبت به کانال‌کشی هوای سرد و گرم کمتر خواهد بود.
- کاهش ابعاد دستگاه‌ها: با استقرار فن‌کویل‌ها در نقاط مختلف ساختمان، اندازه دستگاه‌های هواساز کوچک‌تر خواهد شد. از یک یا تعداد کمی هواساز کوچک جهت تامین هوای تازه و تنظیم رطوبت هوا استفاده می‌شود و فن‌کویل‌ها عمل سرمایش و گرمایش هوا را انجام می‌دهند.
- کنترل دقیق دما: با تغییر دور موتور فن و میزان آب ورودی به کویل دستگاه‌های فن‌کویل و هواساز توسط سیستم کنترل اتوماتیک، می‌توان دمای هوای هر دستگاه را به طور مستقل و با دقت مورد نیاز تنظیم کرد.
معایب سیستم‌های تمام آب:
- نیاز به تعمیرات بیشتر: تعمیرات سیستم‌های کاملاً آبی بیشتر از سیستم‌های کاملاً هوایی است و تمیز کردن کویل واحدهای فن‌کویل نیز مشکل است. همچنین، فیلترهای هوای فن‌کویل‌ها معمولاً کوچک و بازده آن‌ها کم است و باید به طور متناوب تعویض یا تمیز شوند.
- عدم استفاده از سیستم تخلیه تقطیرات: در برخی از موارد که تمام رطوبت گیری توسط سیستم مرکزی تامین هوای تازه انجام می‌شود، ممکن است از سیستم تخلیه تقطیرات صرف‌نظر شود. این موضوع می‌تواند به عدم بهینه‌سازی کارایی سیستم منجر شود.
مزایا و معایب سیستم‌های تمام هوا
یکی دیگر از انواع سیستم‌ها در تقسیم بندی سیستم‌های تهویه مطبوع بر اساس سیال، تمام هوا است.
مزایای دستگاه تهویه مطبوع تمام هوا:
- استفاده آسان: یکی از اصلی‌ترین مزایای سیستم تهویه مطبوع تمام هوا، نصب و اجرای آسان آن است که باعث سهولت در بررسی و تعمیرات این دستگاه‌ها می‌شود. نصب این نوع سیستم روی پشت بام به همراه اتاق تاسیسات امکان‌پذیر است که منجر به کاهش سطح سروصدا و ارتعاشات در فعالیت این دستگاه می‌شود.
- مدیریت آسان: عملکرد بهینه و استفاده از هوای تازه در این نوع سیستم‌ها، امکان مدیریت و کنترل دستگاه با یک کنترل‌گر را بسیار ساده می‌کند. این امکان به افراد اجازه می‌دهد تا از وضعیت دمایی دستگاه آگاه شوند و به راحتی آن را کنترل کنند.
- تنظیم رطوبت: کنترل رطوبت در این سیستم‌ها به شیوه‌ای مناسب، استفاده از آن‌ها در فضاهای خشک و محیط‌هایی با تنش آب و هوایی را ممکن می‌سازد.
- استفاده از هوای تازه: در سیستم تهویه مطبوع تمام هوا، همواره امکان استفاده از هوای تازه وجود دارد که از نظر بهداشتی و کیفیت هوای داخلی بسیار مهم است.
- صرفه‌جویی در مصرف برق: این دستگاه‌ها از ترموستات بهره می‌برند و به همین دلیل، دمای محیط به صورت خودکار تنظیم می‌شود که به صرفه‌جویی در مصرف برق کمک می‌کند و می‌تواند به عنوان یک ویژگی مهم این دستگاه مطرح شود.
معایب دستگاه تهویه مطبوع تمام هوا:
- نیاز به کانال‌ها: نصب این نوع سیستم نیازمند عبور کانال‌ها به فضا است که می‌تواند مساحت مفید کف و ارتفاع ساختمان را کاهش دهد و موجب افزایش فضای اشغالی شود.مشکل در تنظیم جریان هوا: به‌ویژه در سیستم‌های بزرگ، تنظیم مقدار جریان هوا کار مشکلی خواهد بود.
- محدودیت‌های مکانی: برای نصب این نوع سیستم‌ها، مساحت کافی برای شافت‌های عمودی که کانال هوا را در خود جای می‌دهند، باید موجود باشد. این موضوع می‌تواند در برخی از محل‌ها به محدودیت‌در فضا منجر شود.
سیستم‌های تهویه مطبوع هوا-آب
در تقسیم بندی سیستم‌های تهویه مطبوع بر اساس سیال، سیستم تهویه مطبوع هوا-آب نیز مطرح است. سیستم‌های تهویه مطبوع هوا-آب، شامل تجهیزات مرکزی تهویه مطبوع، کانال‌های هوا و سیستم توزیع آب و واحدهای پایانی در فضاهای اتاقی می‌شوند.
در واحدهای پایانی اتاق، می‌توان از واحدهای اندازه‌گیری هوا (اندکسیونی)، واحدهای فن کویل و یا ترکیبی از دریچه‌های هوای رفت و پنل‌های تشعشعی استفاده کرد. در فضاهای بزرگ، ممکن است از چند دستگاه پایانی استفاده شود.
در فصل سرما، هوا در داخل دستگاه‌های هواساز مرکزی به حد لازم رطوبت گیری می‌شود. این عمل، علاوه بر فراهم کردن شرایط رطوبت مناسب برای آسایش افراد در فضاهای تحت پوشش، از تشکیل ترشحات رطوبت هوا بر روی کویل‌های سرمایشی نیز جلوگیری می‌کند.
سیستم هوا-آب با رویکرد متفاوت در تقسیم بندی سیستم‌های تهویه مطبوع بر اساس سیال
در تقسیم بندی سیستم‌های تهویه مطبوع بر اساس سیال به سیستم هوا-آب اشاره کردیم. در این سیستم یکی از مؤلفه‌های تعیین میزان تأمین هوای اولیه به هر فضا، مربوط به وابستگی مقدار هوای تازه مورد نیاز و نیاز به سرمایش محسوس در هنگام بار سرمایش اتاق است.
در سیستم‌های هوا-آب که به طور دقیق طراحی شده‌اند، کویل سرمایش ثانویه اغلب در وضعیت خشک باقی می‌ماند. این ویژگی عمر واحد پایانی را افزایش می‌دهد، بوهای ناخوشایند را از بین می‌برد و احتمال رشد باکتری‌ها را کاهش می‌دهد.
معمولاً رطوبت داخل فضای تهویه شده توسط هوای اولیه کنترل می‌شود.
به همین دلیل، مقدار رطوبت در هوای خروجی باید به حدی کم باشد که بتواند حرارت نهان داخل فضا را تعدیل کند و نقطه شبنم اتاق را به اندازه کافی پایین نگه دارد تا رطوبت بر روی سطح کویل سرمایش ثانویه تقطیر نشود.
هرچند برخی از سیستم‌های هوا-آب بدون استفاده از سیستم تخلیه برای کویل ثانویه نیز به‌طور موثر عمل می‌کنند، اما به‌طور کلی توصیه می‌شود که برای همه سیستم‌های هوا-آب، سیستم تخلیه تقطیرات روی سطح کویل در نظر گرفته شود.
در سیستم‌های اندکسیونی موجود، روش‌های صرفه‌جویی انرژی اعمال می‌شود که با افزایش درجه حرارت آب سرد در کویل‌های سرمایش دستگاه‌های هواساز به‌کار گرفته می‌شود.
نقش انرژی خورشیدی در تهویه مطبوع
در تقسیم بندی سیستم‌های تهویه مطبوع بر اساس سیال نقش انرژی خورشیدی نیز مطرح است. یکی از رایج‌ترین روش‌های تهویه مطبوع با بهره‌گیری از انرژی خورشیدی، استفاده از سیستم‌های دیسیکنت یا سیستم‌های جذبی مایع و جامد می‌باشد.
مطالعات انجام شده نشان می‌دهد که سیستم‌های جذبی ابسورپشن به صورت یک مرحله‌ای و دو مرحله‌ای، و همچنین دوطبقه‌ای با استفاده از کلکتورهای مناسب، به‌عنوان گزینه‌های مناسبی در کاربردهای تهویه مطبوع مورد استفاده قرار می‌گیرند. از جمله کاربردهای این سیستم‌ها می‌توان به استفاده تک تک یا ترکیبی با سیستم‌های تراکمی اشاره کرد.
استفاده از سیستم تهویه مطبوع خورشیدی، به‌همراه بسیاری از مزایا، منجر به صرفه‌جویی در مصرف سوخت ساختمان و حفظ محیط زیست می‌شود. با این حال، این سیستم‌ها دارای ویژگی‌های فنی و اقتصادی خاص خود هستند که گسترش آن‌ها را با چالش‌هایی مواجه ساخته است.