هواساز حجم متغیر (سیستم VAV) چیست؟

روند ترقی علم و دانش به نحوی است که روز به روز شاهد ظهور فناوری ­های نو در عرصه ­های مختلف هستیم. اگر نگاه خود را به حوزه سیستم­ های تهویه مطبوع معطوف کنیم، می­توان به­ آسانی گفت که هدف اصلی سیستم ­های تهویه مطبوع، فراهم آوردن شرایط مناسب و بهبود کیفیت هوای ساختمان در راستای راحتی ساکنان آن است.

در این مقاله از بلاگ جهان تهویه اعتماد، به موضوعی بسیار پراهمیت در حوزه سیستم­های تهویه مطبوع، یعنی هواساز حجم متغیر یا سیستم VAV پرداخته ­ایم. سیستمی که با بهینه‌سازی مقدار و دمای هوای توزیع شده در محیط، موجب کاهش مصرف انرژی در سیستم­های تهویه مطبوع می شود.

اگر در عرصه سیستم­ های تهویه مطبوع فعال هستید یا قصد افزایش اطلاعات خود را در این زمینه دارید، تا انتهای مقاله هواساز حجم متغیر (سیستم VAV) همراه ما باشید.

نگاهی بر هواساز حجم متغیر یا سیستم VAV

سیستم VAV بر اساس عبارت Variable Air Volume مختصر شده است. در تعریف کلی و ابتدایی ازاین سیستم، می توان گفت که هوا را با دما و نرخ جریان متغیر، از یک واحد کنترل هوا (AHU) تامین می­کند. هواساز حجم متغیر یکی از بهترین گزینه­ ها برای استفاده در ساختمان­ های تجاری است، چرا که می­تواند نیازهای گرمایشی یا سرمایشی این نوع از ساختمان­ ها را به خوبی برآورده کند.

در تصویر اول، می­توانید سیستم توزیع هوایی که مبتنی بر سیستم VAV طراحی شده است را مشاهده کنید.این سیستم از بخش های AHU و VAV در هر قسمت تشکیل شده است. معمولا در هر منطقه یک جعبه VAV یا VAV Box وجود دارد.

هر VAV Box این قابلیت را دارد تا با باز یا بسته کردن یک دمپر یکپارچه، دمای هر بخش را تنظیم کند. در برخی از قسمت­ ها ممکن است درصورت نیاز تغییر دمای بیشتر، هر جعبه vav به یک گرم کن کمکی مجهز شود. برای مثال در یک بخش با پنجره بیشتر، چنین چیزی برای افزایش دما در زمستان مورد نیاز خواهد بود.

در ادامه این مقاله از بلاگ جهان تهویه اعتماد، درمورد VAV Box بیشتر توضیح داده شده است.

vav system

انواع جعبه vav یا VAV Box

به طور کلی جعبه­ های VAV به دو دسته تقسیم می­شوند که به هریک بطور مجزا پرداخته ایم.

جعبه vav وابسته به فشار

جعبه VAV زمانی از نوع وابسته به فشار در نظر گرفته می­شود که سرعت جریان عبوری از جعبه با فشار ورودی در مجرای تغذیه تغییر کند. این نوع از کنترل محبوبیت و مطلوبیت کمتری دارد، زیرا دمپر در جعبه فقط در پاسخ به دما کنترل می­شود و می­تواند منجر به نوسانات دما و صدای بیش از حد شود.

جعبه vav مستقل از فشار

یک جعبه VAV زمانی مستقل از فشار تلقی می­شود که از یک کنترل کننده جریان برای حفظ نرخ جریان ثابت بدون توجه به تغییرات فشار ورودی سیستم استفاده کند. این نوع جعبه VAV نسبت به نوع وابسته به فشار رایج تر است. VAV Box مستقل از فشار امکان تهویه فضا را به صورت یکنواخت ­تر و راحت­تر فراهم می­کند.

در شکل 2 می­توانید نمایی از جعبه مستقل از فشار را مشاهده کنید. در این تصویر، VAV Box دارای یک کویل حرارتی است.

vav box

هواساز حجم متغیر و معادله دارسی

در طراحی ساختمان هوای درون کانال ­ها و داکت­ ها تراکم ناپذیر در نظر گرفته می­شود. بدین معنی که حجم با فشار تغییر نمی‌کند. (حجم مخصوص با دمای هوا تغییر خواهد کرد.)

با توجه به اینکه هوا در امتداد یک مجرا جریان دارد، برای راحتی کار آن را براساس فشار استاتیک (pS)، فشار سرعت (pV) و فشار کل (pT) در نظر می­گیرند. به این­صورت که:

pT = pS + pV

با در نظر گرفتن جریان هوا از طریق یک مجرا مانند شکل زیر، جریان حجمی (q) را می­توان از میانگین سرعت هوا(c)، ضرب در مساحت مجرا (A) بر حسب مترمربع، تعیین کرد. به طور معمول برای سیستم­ هایی که سیال جریان یافته هوا است، چگالی (ρ) برابر با 1.2kg.m-3 درنظر گرفته می­شود (این میزان +/- 4٪ در محدوده شرایط HVAC معمولی متفاوت است).

بنابراین؛ pV معمولاً 0.6c2 ذکر می­شود. (در یک سیستم گردش هوای مجرایی، فشار سرعت هوا ممکن است با استفاده از تراورس لوله پیتوت-استاتیک یا به طور عملی­ تر، در یک سیستم عامل از طریق یک دستگاه اندازه­ گیری ثابت مانند لوله­های سرعت یا شبکه پیتوت تعیین شود.)

هواساز حجم متغیر

از “معادله دارسی” برای ارائه رابطه بین پارامترهای یک مجرا (مانند یک لوله یا مجرا) و افت فشار (به دلیل مقاومت اصطکاکی) در سیال (آب یا هوا) استفاده می­شود:

فرمول 1

ضریب اصطکاک:  λ

طول مجرا: L

قطر هیدرولیک: D

مجرا: m = چهار برابر مساحت تقسیم بر محیط 

سرعت سیال : c

چگالی سیال: ρ 

فشار: P

برای تعیین ضریب اصطکاک سیال (λ) از عدد رینولدز (Re) استفاده می­شود که از رابطه زیر به دست می­آید:

Re = ρ c d/μ

در این رابطه نماد μ مربوط به ویسکوزیته دینامیکی سیال (در اینجا هوا) است. ویسکوزیته هوا به طور قابل توجهی در محدوده شرایط معمولی در کانال های HVAC تغییر نمی­کند. ویسکوزیته هوا در دمای 25 درجه سانتی گراد برابر است با: 

0.18 × 10-4Pa.s

این مقدار معمولاً به عنوان یک مقدار مشخص و از پیش تعیین شده استفاده می­شود.

لازم به توضیح است که جریان در زمانی که Re<2300 به صورت آرام (روشن) و زمانی که    Re> 3000 باشد آشفته در نظر گرفته می­شود.

وقتی جریان آرام است، ضریب اصطکاک طبق معادله Poisseuille (λ = 64/Re) داده می­شود.

با این وجود به دلیل وجود سرعت در کانال های سیستم ­های تهویه مطبوع، جریان آشفته ایجاد شده که از معادله کلبروک وایت یا معادله هالند استفاده می­شود:

فرمول 2

زبری سطح مجرا : K

زبری نسبی بسته به متریال به کار رفته متفاوت است. برای مثال این مقدار برای فولاد گالوانیزه برابر با 0.15 میلی­-متر است.

قطر مجرای هیدرولیک: D

با فرض ثابت بودن ضریب اصطکاک و دیگر پارامترها در معادله دارسی، با تغییر سرعت هوا حجم جریان (q) هم تغییر خواهد کرد. در این­صورت افت فشار مجرا با سرعت سیال طبق رابطه زیر متناسب است:

فرمول 3

این رابطه تا زمانی که پارامترهای هندسی ثابت باشند (برای مثال تنظیمات دمپر تغییر نکند) برای کل سیستم صدق می­کند.

از آن­جایی که افت فشار مجرا با سرعت سیال متناسب است، بنابراین برای هر دبی خاص این رابطه برقرار خواهد بود:

فرمول 4

در این رابطه R مقاومت مخصوص سیستم کانال ها است که ممکن است به واسطه افت فشار ناشی از طراحی و دبی ایجاد شود.

همچنین توان (P) مورد نیاز برای به حرکت درآمدن هوا از طریق مجاری و کانال­ها با استفاده از رابطه زیر تعیین می­شود:

فرمول 5

این روابط و پارامترها مفاهیمی اساسی برای طراحی و به کارگیری سیستم ­های VAV به شمار می­روند.

 هواساز حجم متغیر چگونه کار می­کند؟

هواساز حجم متغیر در دهه 60 میلادی به بازار سیستم­ های تهویه مطبوع معرفی شد و توانست دگرگونی عظیمی را ایجاد کند. سیستم VAV در ابتدا با استفاده از کنترل کننده­های پنوماتیکی یا الکتریکی ابتدایی کنترل می­شدند. اما با این وجود، بازهم می­توانستند تغییر شگرفی در کاهش مصرف انرژی را تضمین کنند.

انواع مختلفی از هواسازهای جریان متغیر وجود دارد. ساده ترین نوع آن را می­توانید در تصویر زیر مشاهده کنید.

هواساز حجم متغیر vav systems

این سیستم ساده عناصر مشخصی را نشان می­دهد که در آن هریک از Terminal Unitها هوای اولیه را از واحد مرکزی انتقال هوا (AHU) در همان دما دریافت می­کنند.

اگر بخواهیم به زبان ساده طرز کار سیستم تهویه حجم متغیر را شرح دهیم می­توان گفت که این سیستم با لوله کشی آب سرد (متصل به چیلر) و لوله کشی آب گرم (متصل به بویلر) و در برخی موارد با لوله کشی مبرد (که به آن هواساز با کویل انبساط مستقیم می گویند) اقدام به ایجاد برودت یا حرارت می­کند.

در واقع آب سرد چیلر یا آب گرم بویلر در کویل به گردش در می­ آید و یک فن هوا را از اطراف کویل­ ها می­دمد تا دمای هوا در اثر برخورد با سطح سرد یا داغ کویل، کاهش یا افزایش یابد و از طریق کانال ها وارد ساختمان گردد.

هواساز حجم متغیر با ثابت نگه داشتن دمای سیال درون کویل ها و تغییر در حجم هوا، میزان گرما یا سرمای متناسب با فضا را تنظیم می­کند، به­ همین دلیل است که عبارت “حجم متغیر” را برای این سیستم برگزیده­ اند.

 هواساز حجم متغیر چه مزیت هایی دارد؟

·         کنترل دقیق دما

·         کاهش فرسایش کمپرسور (به دلیل ثابت بودن دمای سیکل و تغییر در حجم هوا)

·         کاهش مصرف انرژی

·         کاهش صدا و لرزش فن

·         میزان بیشتر رطوبت ­زدایی از هوای ورودی در حالتی که کم باری رخ می­دهد

سخن پایانی

در این مقاله سعی شد تا نگاهی به هواساز حجم متغیر داشته باشیم.

لازم به یادآوری است که شما عزیزان می‌توانید با مراجعه به صفحه محصولات وبسایت جهان تهویه اعتماد با انواع سیستم های تهویه مطبوع تولید شده در شرکت جهان تهویه اعتماد آشنا شده و کاتالوگ فنی آن را نیز دانلود و مشاهده فرمایید.

برای مطالعه بیشتر در رابطه با سیستم‌های تهویه مطبوع به دیگر مقالات ما در صفحه مقالات علمی مراجعه فرمایید.

همچنین برای دریافت مشاوره در مورد سیستم‌های تهویه مطبوع می‌توانید از طریق صفحه تماس با ما، با واحد فنی ما در ارتباط باشید.

منابع:

https://www.cibsejournal.com/cpd/modules/2019-04-vav/

https://www.pnnl.gov/projects/best-practices/variable-air-volume-systems#Description%20of%20Technology

https://www.youtube.com/watch?v=jXV3i9_QOhQ