مفهوم تهویه مطبوع به ایجاد شرایط بهینه‌ای در داخل محیط‌های ساختمانی با استفاده از سیستمهای مختلف می‌پردازد. یکی از تکنولوژی‌های موثر و گردآوری کننده برای تهویه مطبوع، سیستمهای تبخیری می‌باشد. سیستمهای تبخیری در تهویه مطبوع بر مبنای اصول تبخیر آب کار میکنند تا دما و رطوبت محیط را کنترل کنند. تبخیر آب از طریق مخازن آبیاب‌ها یا پنجره‌های تبخیری انجام میشود و باعث خنک‌کردن هوا و افزایش رطوبت نسبی محیط میشود.
به عبارت دیگر، این سیستم‌ها به‌وسیله تبخیر آب، هوای گرم و خشک را به هوای خنک و مرطوب تبدیل میکنند و در نتیجه، احساس راحتی و آرامش در داخل فضاهای ساختمانی بهبود می‌یابد. استفاده از سیستمهای تبخیری در تهویه مطبوع مزایای بسیاری دارد.
اولاً، این سیستم‌ها به‌ویژه در مناطقی با اقلیم گرم و خشک مانند بیابان‌ها و نواحی حاشیه‌ای، بسیار کارآمد هستند؛ زیرا با تولید هوای خنک و مرطوب، میزان مصرف انرژی نسبت به سیستمهای مکانیکی سنتی کاهش می‌یابد.
ثانیاً، این سیستم‌ها به‌عنوان روشی طبیعی و زیست محیطی برای تهویه فضاها محسوب میشوند، زیرا مصرف آب کمتری نسبت به سیستمهای خنک‌کننده مکانیکی دارند و همچنین هیچ‌‍گونه مواد آلاینده و گازهای گلخانه‌ای تولید نمیکنند.
از این رو، سیستمهای تبخیری به‌عنوان گزینه‌ای پایدار و اقتصادی در تهویه مطبوع در نظر گرفته میشوند. به این ترتیب، در ادامه‌ی مقاله، به بررسی عملکرد، نحوه‌ی عملکرد، مزایا و معایب سیستمهای تبخیری در تهویه مطبوع پرداخته خواهد شد.
انواع دستگاه‌ها و سیستمهای تبخیری
انواع سیستمهای تبخیری در تهویه مطبوع به شرح زیر هستند:
- سیستمهای سرمایش آبی مستقیم
فرآیند سرمایش آبی مستقیم به معنای خنک‌کردن هوا از طریق تبخیر آب است، به گونه‌ای که آب تبخیر شده همزمان باعث افزایش رطوبت هوا میشود. دستگاه‌هایی که بر اساس این اصول عمل میکنند عبارتند از: سیستمهای سرمایش آبی نوع قطره‌ای یا چکه‌ای
این نوع سیستم‌ها، بیشترین کاربرد را در دسته خود دارند و به‌ویژه برای کاربردهای مسکونی و اداری سبک بسیار مناسب هستند. تنوع زیادی از این سیستم‌ها وجود دارد، از جمله مدل‌های بالا‌زن، پایین‌زن و بغل‌زن چهارگوش یا مدل پایین‌زن بیضی و شش‌گوش.
- سیستمهای سرمایش آبی چکه‌ای یا قطره‌ای کوچک
این سیستمهای قابل‌حمل، برای خلق یک سطح سرمایش کوتاه مدت، بسیار مفید هستند. آنها برای خنک‌کردن اتاقهای کوچک در آپارتمان‌ها، کانکس‌ها، دفاتر و فروشگاه‌های کوچک به‌کار میروند. همچنین توسط مسافران، دانشجویان، مستأجران و افرادی که امکان استفاده از سیستمهای سرمایش آبی بزرگ‌تر ندارند یا دسترسی به منبع آب دائمی ندارند، استفاده میشوند. این سیستم‌ها ظرفیت‌های مختلفی دارند و هوادهی آنها معمولاً بین ۸۰۰ تا ۲۰۰۰ کیوبیک فوت در دقیقه است.
- سیستمهای سرمایش آبی نقطه‌ای
این سیستم‌ها به‌صورت کوچک و قابل‌حمل ساخته میشوند و شبیه به رادیوپخش‌های رومیزی هستند. آنها بر روی میز یا کنار تختخواب قرار میگیرند و صورت، بازوها و دستان کاربران را خنک میکنند. این سیستم‌ها از هوای تازه اطراف آنها استفاده میکنند و هوای خنک شده به‌صورت آزاد به بیرون تخلیه میشود.
با این‌حال، بیشتر هوای داخل اطراف سیستم‌ها را رطوبت زنی میکنند و باعث افزایش رطوبت در محیط بیرون از ناحیه تأثیر اولیه میشوند. این سیستم‌ها به‌ویژه برای افرادی که در فضاهای کوچک قرار دارند مانند رانندگان جرثقیل، تایپیست‌ها، تلفن‌چی‌ها، اپراتورهای رایانه، دربان‌ها، بلیت‌فروش‌های دانشجویان و افراد با بودجه محدود مناسب هستند.
- سیستمهای سرمایش آبی دارای فیلتر غلتکی
این سیستم‌ها دارای فیلتری پارچه‌ای معمولاً پلی‌استری هستند که به دور دو غلتک در بالا و پایین پیچیده شده‌اند. این فیلتر توسط غلتک بالایی به‌طور کم سرعت خیس میشود، زیرا غلتک پایینی درون یک تشتک کوچک پر از آب قرار دارد. این فیلتر به‌صورت مداوم شسته و تمیز میشود و به عنوان یک فیلتر غلتکی عمل میکند که از تشکیل رسوب در داخل آن جلوگیری میکند. باید توجه داشت که این سیستم‌ها در ظرفیت‌های بزرگتری نیز ساخته میشوند.
- سیستمهای سرمایش آبی برای خودرو
این سیستم‌ها در برابر سیستمهای سرمایش تبریدی برای خودروها به کار گرفته میشوند و در ابتدا توسط توریست‌هایی که از مناطق جنوب غربی عبور می‌کردند، استفاده میشدند. این سیستم‌ها نسبت به سیستمهای سرمایش تبریدی بسیار ارزان‌تر هستند و قطعات متحرک کمتری دارند. اما مدل‌های جدیدتری که به نام کولرهای سقفی شناخته میشوند، برای خودروهای کشاورزی، تراکتور، لودر، گریدرو غیره استفاده میشوند و انواع دیگری از آنها که دارای شکل‌های آئرودینامیک هستند، برای خودروها، کاروان‌ها، خانه‌های متحرک و غیره مناسب هستند.
انواع سیستمهای تبخیری در تهویه مطبوع
کاربردهای اصلی سیستم سرمایش تبخیری
استفاده از سیستمهای تبخیری در تهویه مطبوع در برخی از ساختمانها اولویت بالایی دارد:
۱- مراکز داده
ساختمان‌های مرکز داده جايگاهی برای قرار دادن تجهیزات پیچیده سخت‌افزاری هستند؛ به‌طور معمول در این مکان‌ها هزاران رایانه و سرور مورد استفاده قرار میگیرند. این تجهیزات در زمان کارکرد گرما تولید میکنند. به منظور حفظ دما و رطوبت هوا در محدوده‌ی ایده‌آل، سیستمهای سرمایش تبخیری مورد استفاده قرار میگیرند که مانع از آسیب دیدن این تجهیزات ارزشمند میشوند.
۲- انبارهای کالا
در انبارها چالش‌هایی نظیر خوردگی، فرسایش و فساد کالاها وجود دارد. سیستمهای خنک‌کننده تبخیری به خوبی می‌توانند خطرات این چالش‌ها را به حداقل برسانند. از نظر علمی ثابت شده است که با حفظ رطوبت نسبی محیط انبار در محدوده 40 تا 60 درصد، احتمال آسیب دیدن کالاها به حداقل می‌رسد. سیستمهای سرمایش تبخیری این کار را با کنترل رطوبت به راحتی انجام می‌دهند.
۳- بیمارستان‌ها و آزمایشگاه‌ها
در بیمارستان‌ها و آزمایشگاه‌ها، کنترل سطح عفونت موجود در هوا اهمیت زیادی دارد. به دلیل انتقال بیماری‌ها از طریق مجاری تنفسی، این مکان‌ها ممکن است با مشکلاتی مواجه شوند. با استفاده از سیستمهای سرمایش تبخیری، این مراکز می‌توانند به حداقل رساندن عفونت‌های هوایی کمک کنند.
این سیستم‌ها هوای تازه را به‌طور مداوم از محیط خارج به داخل ساختمان منتقل و هوای استفاده‌شده را از بین می‌برند. همچنین، با کنترل رطوبت هوای ورودی به ساختمان، زمینه‌های رشد باکتریها و ویروس‌ها کاهش می‌یابد.
کاربردهای سیستمهای تبخیری در تهویه مطبوع
مزایا و معایب سیستمهای تبخیری در تهویه مطبوع
استفاده از سیستمهای تبخیری در تهویه مطبوع دارای مزایای ویژه‌ای است که آنها را به یک انتخاب ایده‌آل، به‌ویژه در مناطق گرم و خشک، تبدیل میکند. به‌عنوان نمونه، از جمله مزایای این سیستم‌ها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- روشی مؤثر برای کاهش بیشتر باکتریها و ویروس‌های موجود در هوا
- عدم نیاز به استفاده از مواد شیمیایی به عنوان سیال‌های خنک‌کننده
- کاهش چشم‌گیر مصرف انرژی در مقایسه با سیستمهای خنک‌کننده مکانیکی دیگر.
- افزایش رطوبت هوا به سطح ایده‌آل در مناطق گرم و خشک
- کاهش احتمال خرابی و کم‌هزینه‌تر بودن هزینه‌های تعمیر و نگهداری
این مزایا نشان‌دهنده تعداد زیادی از موارد مثبت و کاربردی برای سیستمهای خنک‌کننده تبخیری می‌باشد که آنها را به انتخاب مناسب برای کاربران در شرایط خاص میکند.
از معایب این نوع سیستم‌ها میتوان به این موضوع اشاره کرد که بسته به امکانات و شرایط محیطی، میتوان سیستمهای تبخیری در تهویه مطبوع را به صورت دو یا چند مرحله‌ای طراحی کرد تا هوای ورودی بارها با آب تماس یابد.
در نتیجه دمای هوا را تا 35 درجه سانتی‌گراد پایین‌تر از حالت عادی کاهش داد. اما در عمل، طراحی چنین سیستمی امکان‌پذیر نیست؛ زیرا سرمایش تبخیری باعث افزایش قابل توجه رطوبت هوا میشود.
علاوه بر دما، رطوبت نیز در دستیابی به آسایش حرارتی در محیط مؤثر است. افزایش بیش از حد رطوبت باعث میشود نفس کشیدن برای افراد مشکل‌تر شود. در خنک‌کننده‌های تبخیری، تماس مستقیم هوا با قطرات آب باعث افزایش رطوبت می‌گردد. از این‌رو، استفاده از سیستمهای سرمایش تبخیری نیازمند دقت و توجه به میزان رطوبت هوا است.
در واقع، استفاده از این سیستم‌ها در مناطق مرطوب مانند شهرهای شمالی و جنوبی کشور ما توصیه نمی‌شود؛ زیرا رطوبت هوا در این مناطق به‌طور معمول بسیار بالا است و افزایش آن با استفاده از خنک‌کننده‌های تبخیری میتواند مشکلات جدی‌تری را ایجاد کند.
دسته‌بندی سیستمهای تبخیری در تهویه مطبوع
انواع دسته‌بندی‌های سیستمهای تبخیری
سیستمهای تبخیری در تهویه مطبوع را میتوان از دو جهت به دسته‌های مختلفی تقسیم کرد؛ نخست بر اساس روش خنک‌کردن هوا و دوم بر اساس ظرفیت و کاربرد آنها.
- تقسیم بر اساس روش خنک‌کردن هوا:
- سیستمهای خنک‌کننده تبخیری مستقیم: در این نوع سیستم، هوای ورودی مستقیماً با قطرات آب در تماس میآید و از این روش برای خنک‌کردن هوا استفاده میشود. از جمله دستگاه‌های مستقیم این نوع میتوان به کولرهای آبی با ظرفیت کم اشاره کرد.
- سیستمهای خنک‌کننده تبخیری غیر مستقیم: در این دسته، دو جریان هوا بدون تماس با یکدیگر به‌وسیله یک مبدل حرارتی، تبادل حرارت میکنند. این نوع سیستم معمولاً در دستگاه‌هایی با ظرفیت بالا مانند ایرواشر، زنت و اکونوپک استفاده میشود. این سیستم‌ها همچنین قابلیت گرمایش را نیز دارند.
- تقسیم بر اساس ظرفیت و کاربرد:
- سیستمهای خنک‌کننده تبخیری با ظرفیت پایین: این نوع سیستم‌ها عمدتا برای کاربرد در منازل مسکونی و ساختمان‌های کوچک طراحی شده‌اند. به‌عنوان نمونه معروف‌ترین آنها کولرهای آبی هستند.
- سیستمهای خنک‌کننده تبخیری با ظرفیت بالا: این دستگاه‌ها، مثل ایرواشر، زنت و اکونوپک، سرمایش بر پایه سیستم تبخیری مستقیم دارند اما با راندمان بهتر. آنها مخصوصاً در ساختمانها و سوله‌های بزرگ و گسترده مورد استفاده قرار میگیرند. همچنین قابلیت گرمایش نیز در این دستگاه‌ها موجود است که از انعطاف پذیری بالایی در مصرف انرژی برخوردار میشوند.
محاسبه میزان استفاده از سیستمهای تبخیری در تهویه مطبوع
در حال حاضر یک موضوع مطرح میشود که از سیستمهای تبخیری در تهویه مطبوع تا چه حدی میتوان استفاده کرد؟ جواب این سوال به طور کامل به شرایط آب و هوایی منطقه‌ای که دستگاه در آن استفاده میشود بستگی دارد.
اگر نوع سیستم خنک‌کننده تبخیری باشد، حداکثر میتواند دمای هوا را تا ۲ تا ۴ درجه سانتی‌گراد بیشتر از دمای مرطوب (دمای نقطه شبنم) آن منطقه کاهش دهد. بنابراین برای محاسبه اینکه تا چه حد میتوان دمای هوا را در شهرهای مختلف مثل شهرکرد، قم و دیگر شهرها با استفاده از دستگاه خنک‌کننده تبخیری کاهش داد، کافیست دمای نقطه شبنم آن شهر را بدست آوریم و به آن عدد ۲ درجه سانتی‌گراد اضافه کنیم.
استفاده از سیستمهای تبخیری در تهویه مطبوع
روشهای استفاده از سیستمهای تبخیری در تهویه مطبوع
برای استفاده از سیستمهای تبخیری در تهویه مطبوع سه روش وجود دارد:
- روش مستقیم: در این روش، هوا به صورت مستقیم با آب در تماس قرار می‌گیرد و این باعث افزایش رطوبت هوا در فضا میشود. عموماً این روش مانند عملکرد کولر آبی است و بهترین عملکرد در مناطقی با دمای حباب‌تر کمتر از 22 درجه سانتی‌گراد دارد.
- روش غیر مستقیم: در این روش، دمای هوای اولیه به صورت مستقیم در یک سیستم تبخیری کاهش می‌یابد و توسط فن به داخل مبدل حرارت هوا به هوا ارسال میشود. هوای ثانویه از سمت دیگر مبدل وارد فضای مورد نظر میشود و این دو هوا با هم تبادل حرارت میکنند، در نتیجه دمای هوای ارسالی به فضای مورد نظر کاهش می‌یابد ولی رطوبت آن افزایش می‌یابد.
- روش ترکیبی مستقیم / غیر مستقیم: این سیستم‌ها در دو مرحله به منظور بهبود و کامل کردن روشهای قبلی و دستیابی به نتیجه بهتر مورد استفاده قرار میگیرند. در مرحله اول، تبخیر غیر مستقیم و در مرحله دوم، تبخیر مستقیم صورت می‌گیرد. عواملی مانند سرعت تبخیر، اختلاف دما، سرعت و سطح تماس بین هوا و مایع تبخیری بر روی کارایی این سیستم‌ها تأثیر دارند.
در سیستمهای تبخیری در تهویه مطبوع، با ایجاد فیلم نازک آب روی سطح یا با استفاده از قطرات آب و عبور هوا از روی آن، انرژی حرارتی هوا دریافت میکند و آب تبخیر میشود.
برای مثال، آب به صورت اسپری با هوا تماس می‌یابد و به واسطه قطره‌قطره شدن، سطح تماس بین هوا و آب بیشتر میشود که منجر به کاهش دمای محسوس هوا میشود، اما انتروپی (مقدار حرارت مخفی هوا) ثابت می‌ماند.
در کل، آب برای تبخیر باید انرژی حاصل از گرما را از هوا دریافت کند و در سیستمهای تبخیری، این گرما از هوا به عنوان حرارت نهان گرفته میشود و با افزایش رطوبت هوا، گرمای نهان هوا نیز افزایش می‌یابد. تغییرات دمای محسوس (تغییر دمای حس‌شده) هوا برابر با تغییرات گرمای نهان هوا میشود و انتالپی هوا در نتیجه ثابت می‌ماند.
