ظرفیت حرارتی و برودتی هواسازها به عنوان عناصر بسیار حیاتی در تهویه مطبوع و گرمایش ساختمان‌ها شناخته می‌شوند. این دستگاه‌ها با کنترل دمای هوا، توزیع و فیلتراسیون آن به صورت مناسب، برای ایجاد شرایط آسایش و بهبود کیفیت هوای داخلی به‌کار می‌روند.
ظرفیت حرارتی هواسازها به معنای توانایی تأمین گرما و حرارت برای گرمایش فضاها است، در حالی که ظرفیت برودتی آنها برای سرمایش هوا و کاهش دما در فصل‌های گرم استفاده میشود. این ظرفیت‌ها باید با دقت محاسبه و طراحی شوند تا نیازهای حرارتی و برودتی هر فضا به‌صورت بهینه مرتفع گیرد.
برنامه‌ریزی صحیح در انتخاب ظرفیت حرارتی و برودتی هواسازها بسیار اهمیت دارد؛ زیرا هرگونه نقص در این مرحله می‌تواند عواقب جدی برای ساختمان به همراه داشته باشد. ظرفیت ناکافی هواساز در فصل‌های سرد می‌تواند باعث عدم توانایی در ارائه گرمایش کافی به فضاها شود و موجب نارضایتی ساکنان و کاهش کارایی ساختمان گردد. از سوی دیگر، ظرفیت زیاد هواساز در فصل‌های گرم نیز می‌تواند باعث ایجاد اغتشاش‌های هوایی و کارکرد غیرعادی سیستم شود و به عملکرد کلی سیستم تهویه مطبوع آسیب رساند.
همچنین، اهمیت ظرفیت حرارتی و برودتی هواسازها در مصرف انرژی نیز قابل ملاحظه است. هواسازها با ظرفیت ناکافی مجبور به کارکرد مداوم و بی‌توقف هستند تا بتوانند نیازهای حرارتی و برودتی فضاها را برآورده کنند.
این مسئله منجر به افزایش مصرف انرژی و بالا رفتن هزینه‌های انرژی میشود. از طرف دیگر، هواسازها با ظرفیت اضافی، منجر به هدر رفت انرژی می‌شوند که به‌طور معکوس با مفهوم بهره‌وری انرژی در تناقض است. از این‌رو، نحوه محاسبه ظرفیت حرارتی و برودتی هواساز به‌صورت دقیق و منطبق با نیازهای ساختمان از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است تا بهینه‌سازی مصرف انرژی و بهره‌وری سیستم‌های تهویه مطبوع حاصل شود.
هدف اصلی از به‌کارگیری هواساز چیست؟
پیش از آشنایی با نحوه محاسبه ظرفیت حرارتی و برودتی هواساز بهتر است با هدف استفاده از هواسازها آشنا شوید. در کلیدی‌ترین بخش‌ها و سیستم‌های تهویه مطبوع، کویل‌های سرمایشی حائز اهمیت هستند. هدف اساسی این سیستم‌ها، کنترل و مدیریت دما و رطوبت محیط است. علاوه بر این، کاهش دما و تنظیم رطوبت اقدامی بسیار مهم در تامین احساس خنکی محسوب میشود.
به‌عبارت دیگر، هواسازها به‌عنوان ابزارهای تجاری جذابیت خاصی دارند. با مراجعه به نمودار سایکرومتریک، تأثیر مهم رطوبت بر دمای مرطوب هوای محیط را به‌طور کامل متوجه خواهید شد.
به‌عنوان مثال، افزایش رطوبت موجب ایجاد تابستان‌های ناخوشایند در شمال میشود. درست است که هواسازها به‌عنوان دستگاه‌های رطوبت‌گیر صنعتی هم شناخته می‌شوند اما اهمیت آنها از جنبه‌های مختلف قابل توجه است.
به‌ویژه با درک اصول سایکرومتریک، تأثیر مستقیم رطوبت بر دمای مرطوب هوا را بدست خواهید آورد. علاوه بر این، هدف اصلی از استفاده از هواساز، کنترل همزمان رطوبت و دما یا به‌عبارت دیگر ایجاد شرایط آسایش از طریق تنظیم میزان دما و رطوبت محیط است.
وظایف دستگاه هواساز
- کنترل رطوبت: از جمله اصلی‌ترین وظایف دستگاه هواساز، کنترل رطوبت موجود در فضای مورد نظر است. این دستگاه با کنترل دقیق رطوبت، هوای محیط را به میزان مطلوب و مناسب خشک یا مرطوب می‌کند.
- برداشتن بار حرارتی: دستگاه هواساز توانمندی برداشتن بار حرارتی ناشی از حضور افراد در فضا را دارد. این امر به معنای تأمین احساس راحتی و محیطی مطلوب برای ساکنین و کاربران فضا است.
- غلبه بر تلفات حرارتی: هواساز با اجرای عملیات خاص خود، تلفات حرارتی موجود در محیط را کاهش می‌دهد و با بهره‌گیری از تکنولوژی‌های مناسب، انرژی را به صورت کارآمد مصرف می‌کند.
- تزریق هوای تازه به محیط: دستگاه هواساز می‌تواند هوای تازه را به محیط تزریق کند و از ایجاد احساس تازگی و تهویه‌ی مناسب در فضا اطمینان حاصل نماید.
- کنترل همزمان دما و رطوبت: یکی از اصول اساسی تهویه مطبوع، کنترل همزمان دما و رطوبت است. دستگاه هواساز به‌عنوان اجزای کلیدی تهویه مطبوع، این دو عامل را به طور همزمان کنترل و مدیریت می‌کند تا محیط بهینه و راحتی را برای کاربران فراهم کند.
اجزای اصلی سیستم هواساز خانگی (ساختمانی) و صنعتی
- دستگاه دمنده هوا : این قسمت از سیستم هواساز، فن سانتریفیوژ یا همان محوری است که هوا را جذب و منتقل می‌کند.
- دستگاه کنترل دما و رطوبت: این بخش مسئول کنترل دما و رطوبت هوا در سیستم هواساز است و با استفاده از ترموستات یا سنسورهای خاص این کار را انجام می‌دهد.
- کویل های حرارتی: این بخش شامل کویل های آب سرد و گرم است که با استفاده از لوله های مسی و فین های آلومینیومی ساخته می‌شوند تا نرخ انتقال حرارت بهینه را فراهم کنند.
- فیلترها: در این بخش از سیستم هواساز، فیلترهای مختلفی از جمله قابل شستشو، هپا و کیسه ای با قدرت جذب ذرات معلق با اندازه‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- محفظه مخلوط‌کننده هوا: این بخش اجازه می‌دهد تا مقدار مشخصی هوای تازه از بیرون با هوای برگشتی از داخل ساختمان مخلوط شود و هوای تازه و خنک به داخل فضا ارسال شود.
- لرزه‌گیرها: این اجزای سیستم هواساز، برای جلوگیری از ایجاد لرزش و نویز در سیستم استفاده می‌شوند.
- دستگاه کنترل کننده: این قسمت از سیستم هواساز، تجهیزات و قطعات کنترل کننده الکتریکی و مکانیکی را شامل میشود که وظیفه تنظیم دما، رطوبت، سرعت حرکت هوا و… را بر عهده دارد.
- کانال‌های هوا: این بخش شامل کانال‌های تغذیه هوا به داخل ساختمان است که هوا را به سمت فضای مورد نظر انتقال می‌دهند.
شاخص‌های مهم در نحوه محاسبه ظرفیت حرارتی و برودتی هواساز
- متراژ و ابعاد فضای مورد نظر: اندازه فیزیکی فضای هدف که نقش مهمی در تعیین ظرفیت هواساز دارد.
- شرایط جغرافیایی منطقه: ارتفاع از سطح دریا و زاویه تابش آفتاب به دیوارهای در معرض آفتاب که تأثیر گرمایش و سرمایش فضاها را به شدت تحت تأثیر قرار می‌دهند.
- تعداد و مساحت پنجره‌های رو به آفتاب: تعیین کننده میزان ورود نور و حرارت به فضا.
- وجود سطوح شیشه‌ای در نمای ساختمان: تأثیر گرمایش و سرمایش فضاها را تغییر می‌دهد.
- وجود وسایل گرمازا و سیستم‌های روشنایی: نقش مهمی در محاسبه بار حرارتی فضاها ایفا می‌کنند.
- تعداد افراد ساکن و تردد آنها: تولید حرارت از جانب افراد باعث افزایش بار حرارتی میشود.
- جنس مصالح و عایق‌های استفاده شده در ساختمان: تأثیر زیادی بر انتقال حرارت دارند.
- رطوبت نسبی محیط: تنظیم مناسب تهویه را تأثیر می‌دهد.
- ارتفاع از سطح دریا: ارتفاع موقعیت ساختمان که در تغییر چگالی هوای ورودی تأثیر دارد.
- دمای هوای ورودی و برگشتی: دمای هوایی که وارد سیستم هواساز میشود و همچنین دمایی که بعد از تغییرات در فضاها به سیستم بازمی‌گردد.
- نوع کاربری: صنعتی، مسکونی، اداری، تجاری و غیره، که بار برودتی و حرارتی را متفاوت می‌کند.
- سرعت انتقال هوا از سطح کویل‌های سرمایشی و گرمایشی، نقشی مهمی در بهره‌وری سیستم دارد.
- افت فشار فن‌ها و دستگاه هواساز، تأثیر روی میزان انتقال هوا را دارند.
- افت فشار کویل‌های هواساز، در عملکرد حرارتی و برودتی دستگاه تأثیرگذار است.
ترکیب و بررسی دقیق این پارامترها باعث محاسبه دقیق‌ترظرفیت هواساز میشود و با توجه به شرایط مختلف، مدل‌های متنوعی از هواسازها برای استفاده بهینه انتخاب میشود. این پارامترها در طراحی سیستم تهویه مطبوع با اهمیت بسیاری همراه هستند و انتخاب صحیح آنها به کارایی و بهره‌وری مناسب دستگاه هواساز کمک می‌کند.
نحوه محاسبه ظرفیت حرارتی و برودتی هواساز
نحوه محاسبه ظرفیت حرارتی و برودتی هواساز نیازمند محاسبه بار برودتی و حرارتی دقیق فضای هدف است. این عملیات اغلب توسط مهندسین تاسیسات و از طریق نرم‌افزارهای مخصوص صورت می‌گیرد.
برای محاسبه دقیق بار برودتی و حرارتی فضا، بهترین راه ارتباط با کارشناسان تاسیسات پروژه یا گروه کارخانجات جهان تهویه اعتماد است تا مشاوره لازم را دریافت کنید.
در کل، محاسبه بار برودتی فضا از رابطه Q=m.c.ΔT استفاده میشود. در این رابطه، Q بار برودتی ساختمان بر حسب کیلووات، m دبی جرمی جریان هوای فن کویل بر حسب کیلوگرم بر ثانیه، Cp گرمای ویژه هوا در فشار ثابت و ΔT اختلاف دمای هوای ورودی و خروجی سیال بر حسب درجه سانتی گراد است.
اثر دو عامل کلیدی در نحوه محاسبه ظرفیت حرارتی و برودتی هواساز
فین‌ها در میزان ظرفیت حرارتی و برودتی هواساز به‌عنوان یکی از مؤلفه‌های حائز اهمیت نقش دارند، جنس و تعداد فین‌ها در هر اینچ (به عبارت دیگر فین در اینچ یا FPI ) کویل دستگاه نقش قابل توجهی دارد.
فین‌ها به‌عنوان پره‌های نازکی عمل می‌کنند و جهت افزایش نرخ انتقال حرارت در کویل‌های سرمایشی و گرمایشی به کار می‌روند. این فین‌ها معمولاً از جنس‌های آلومینیوم یا مس تهیه شده و در محیط‌های مرطوب و خورنده معمولاً با روکش‌های بلوفین (Bluefin) و گلدفین (Goldfin) تولید و استفاده می‌شوند.
عبارت FPI به تعداد فین‌های موجود در هر اینچ از کویل اشاره دارد.
اثر فن‌هواساز و تأثیر آن در نحوه محاسبه ظرفیت حرارتی و برودتی هواساز نقش اساسی در انتقال حجم هوای خنک یا گرم به فضای هدف دارند و در صورت انتخاب نادرست، کارایی هواساز به‌طور قابل توجهی کاهش خواهد یافت. عملکرد فن‌ها و سرعت جریان هوای عبوری از سطح کویل‌های سرمایش و گرمایشی به نوع فن مورد استفاده در هواساز وابسته است.
همچنین، محاسبه افت فشار در فن‌هواساز نیز بسیار حائز اهمیت است و معمولاً این محاسبات براساس اصول کانال کشی هواساز انجام میشود. به همین دلیل، محاسبه میزان افت فشار فن هواساز پس از کانال‌کشی و با در اختیار داشتن نقشه کانال‌کشی انجام می‌گیرد.
طراحی و انتخاب هواساز برای اقلیم گرم و مرطوب
با توجه به نحوه محاسبه ظرفیت حرارتی و برودتی هواساز و اهداف استفاده از هواسازها دریافتیم که با توجه به اطلاعات نمودار سایکرومتریک، با افزایش رطوبت، دمای مرطوب نیز افزایش می‌یابد. به طور دقیق‌تر، این افزایش رطوبت متناسب با افزایش دمای مرطوب است و به عبارت دیگر هوا “دم‌دار” میشود.
این موضوع به خصوص در تابستان مشاهده میشود. از سوی دیگر، بر اساس آمارها در مناطق آب‌وهوایی مرطوب و گرم، درصد رطوبت به حداکثر مقدار خود، حتی تا 95 درصد، می‌رسد. به همین دلیل، برای انتخاب هواسازها در مناطق جنوبی کشور، باید حجم زیادی از رطوبت موجود در هوای عبوری از روی کویل گرفته شود تا رطوبت هوا به‌طور موثر کاهش یابد و به عبارت دیگر هوا خشک شود.
