شکل زیر به صورت پایه‌ای و دقیق، نحوه عملکرد یک سیستم خاص تهویه مطبوع و HVAC را نشان میدهد. توجه کنید که در سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC معمولا یک دستگاه تنظیم خودکار وجود دارد که تعیین میکند فضای اتاق باید گرم یا سرد شود. همچنین این دستگاه وظیفه تعیین درجه حرارتی که دمای اتاق باید به آن برسد را نیز به عهده دارد.
یک دستگاه فن کویل (FCU) وسیله ای ساده است که شامل مبدل حرارتی و فن است. این دستگاه بخشی از سیستم تهویه مطبوع موجود در ساختمان های مسکونی، تجاری و صنعتی و … است. یک فن کویل، دستگاهی با قابلیت های گوناگون است که گاهی اوقات با مکش هوای موجود، درجه حرارت فضای محیط اطراف خود را تنظیم می کند. این کنترل توسط یک سوئیچ دستی خاموش/ روشن یا یک ترموستات انجام می شود. تر موستات به فن یا به شیر کنترل فرمان می دهد که با تغییر دور فن یا تغییر میزان دبی آب ورودی به کویل ها می توان به دمای مطلوب در هر فضا دست یافت.
اساسا دستگاه های فن کویل با آب سرد و گرم از دیگ های مرکزی و چیلر تغذیه می شوند. فن کویل ها برای آن که انرژی تولید شده توسط مولد انرژی (گرم کننده یا خنک کننده) را به محیط ارائه دهند، معمولا از دو لوله (گرم یا سرد) و چهار لوله (هر دو واحد گرمایش و خنک کننده به صورت همزمان) بهره می گیرند.
دستگاه فن کویل نصب نسبتا ساده ای دارد. با این حال، برای اطمینان از عملکرد کارآمد نیاز به تعمیر و نگهداری منظم دارند. هنگامی که یک فن کویل هوا را خنک می کند، آب کندانس شده به روی کویل ها وارد سینی زیر آن می شود و از آنجا توسط لوله ی درین، آب باید تخلیه گردد.
انواع فن کویل
فن کویل کاستی
فن کویل کاستی به دلیل آن که قابلیت نصب در سقف کاذب را دارد، هیچ فضایی را اشغال نمی کند. همچنین از طراحی ظاهری مناسبی برخوردار است و بسیار زیبا به نظر می رسد. بنابراین افرادی که می خواهند فضای کمتری را به فن کویل اختصاص دهند و از طرف دیگر مایل نیستند که زیبایی محیط شان تحت تاثیر قرار گیرد، در مجموع فن کویل کاستی را انتخاب می کنند. در حال حاضر، عمدتا مراکز خرید لوکس و ادارات از فن کوئل نوع کاستی استفاده می کنند. در هنگام انتخاب این دستگاه باید به نکاتی از جمله قابلیت نصب بر روی سقف های نازک و پمپاژ مناسب آب درین به خارج توجه نمود.
فن کویل کاستی یک طرفه
فن کویل کاستی یک طرفه
فن کویل کاستی یک طرفه عمدتا در سیستم تهویه مطبوع مرکزی استفاده می شود. طراحی این محصول برای جریان هوای یک طرفه است و نصب آن بر روی سقف آسان است.
فن کویل کاستی چهار طرفه
فن کویل کاستی چهار طرفه
فن کوئل های کاستی چهار طرفه، دارای ۴ جهت مختلف برای دهش هوای سرد یا گرم هستند. آن ها به یک پمپ درین برای خارج کردن آب کندانس مجهز شده اند. روش کنترل میزان دما و حجم هوا در این دستگاه ها معمولا از طریق ریموت کنترل انجام می گیرد.
فن کویل سقفی توکار
فن کویل سقفی توکار درون سقف کاذب قرار داده می شود. از مزایای این نوع فن کویل سادگی نصب و انتخاب محل دریچه هوادهی برای مصرف کنندگان است. در بیشتر پروژه های ساختمانی، این فن کویل در بالای درِ ورودی هر فضا و زیر سقف کاذب نصب می گردد. در زیر آن دریچه بازدید جهت دسترسی، تعمیر و نگهداری تعبیه می شود.
فن کویل کانالی
فن کویل کانالی
فن کویل کانالی دارای فشار استاتیک خارجی بالایی است. از نظر ظاهری مشابه فن کوئل سقفی توکار است و در داخل سقف کاذب قرار می گیرد. فن کویل های کانالی به دلیل صدای بالا و حجم هوای زیاد نسبت دیگر انواع فن کویل ها، معمولا در راهروهای ساختمان های تجاری، لابی ها و همچنین مکان هایی با ارتفاع سقف زیاد مورد استفاده قرار می گیرند.
فن کویل زمینی
فن کویل زمینی از جمله پرکاربردترین انواع فن کویل ها است که به صورت عمودی بر روی زمین نصب می گردد. این دستگاه عمدتا در مراکز اداری و مسکونی یا مکان هایی که امکان ایجاد سقف کاذب وجود ندارد مورد استفاده قرار می گیرد. که از جمله معایب آن اشغال فضا محیط است، اما هزینه نصب آن نسبت به سایر انواع سقفی و توکار کمتر است. طرز کار این مدل ها معمولا به صورت مکش از روبرو یا پشت و دهش هوا از قسمت بالایی فن کویل است.
کاربردهای فن کویل
کاربرد فن کویل
کاربرد این سیستم مربوط به مواردی است که بخواهیم درجه حرارت هر فضا بطور جداگانه کنترل نماییم.
همچنین با استفاده از سیستم کویل از انتقال آلودگی بین اتاق ها جلوگیری به عمل خواهد آمد. کاربردهای مناسب این سیستم عبارتند از: هتل ها، ساختمان های مسکونی، ساختمان های اداری، بیمارستان ها و غیره.
مزایای فن کویل
مزیت اصلی فن کویل این است که سیستم لوله کشی آن نیاز به فضای کمتری دارد. این دستگاه قابلیت کار با یک سیستم چیلر و حرارت مرکزی را نیز دارد. همچنین می توان به منظور کاهش هزینه های انرژی ، فضاهای مختلف را به صورت مجزا کنترل نمود. این دستگاه امکان کنترل هر اتاق را به صورت جداگانه فراهم می کند. از آنجا که این سیستم می تواند با دمای پایین آب نیز گرم شود، درنتیجه برای مناطقی که تولید گرما صرفا توسط صفحات خورشیدی انجام می گیرد مناسب است. برای طراحی تأسیسات موجود ساختمان، لوله کشی و سیم کشی فن کویل از کانالهای بزرگ مورد نیاز برای یک سیستم تمام هوا ساده تر است.
سیستم لوله کشی فن کویل
سیستم های فن کویل به دو نوع تقسیم می شوند: فن کویل دو لوله ای و فن کویل چهار لوله ای. فن کویل دو لوله ای دارای یک لوله ورودی و یک لوله بازگشتی است. لوله تامین آب سرد یا گرم (بسته به هر فصل از سال) به فن کویل وظیفه انتقال آب را بر عهده دارد. واحدهای فن کویل چهار لوله ای دارای دو لوله تامین و دو لوله بازگشت است. این موضوع باعث می شود تا آب گرم یا سرد در هر زمان و بر حسب نیاز و فرمان کنترلی وارد فن کویل شود.
از آنجایی که اغلب لازم است همزمان قسمت های مختلفی از ساختمان را گرم یا سرد کنند، ، دستگاه فن کویل چهار لوله ای به دلیل توان تامین همزمان حرارت و برودت بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.
فن کویل ممکن است به شبکه های لوله کشی با استفاده از طرح های توپولوژی مختلف مانند “بازگشت مستقیم” مجهز به شیرهای بالانس مستقل از فشار، “بازگشت معکوس” متصل شوند. برای کسب اطلاعات بیشتر نگاه کنید به کتاب ASHRAE “سیستم ها و تجهیزات ۲۰۰۸″، فصل ۱۲.
ترموستات های فن کویل
ترموستات دیجیتال هانیول مدل O3 TF428SN
ترموستات دستگاهی است که دمای یک حجم کنترل یا فضا را اندازه گیری می کند و فرامینی صادر می کند تا دمای سیستم در نزدیکی یک نقطه دلخواه حفظ شود.
https://lograno.com
ترموستات ها در سیستم هایی مورد استفاده قرار می گیرند که نیاز باشد گرمایش یا سرمایش را به درجه حرارت مورد نیاز تنظیم کنند. از نمونه هایی که در آن ها ترموستات به کار رفته است می توان به گرمایش ساختمان ها، گرمایش مرکزی، سرمایش و تهویه مطبوع و وسایل آشپزخانه از قبیل اجاق و یخچال اشاره کرد.
ترموستات فن کویل به عنوان کنترل کننده “حلقه بسته” عمل می کند، که هدف آن کاهش خطا بین درجه حرارت مورد نظر و اندازه گیری شده است. گاهی اوقات ترموستات به صورت ترکیبی از حسگرهای حساس و کنترل یک سیستم، همانند ترموستات خودرو عمل می کند. در واقع ترموستات وظیفه تشخیص کم یا زیاد بودن دمای موجود نسبت به دمای مورد نظر را دارد تا فرمان تغییر جریان ورودی را به فن کویل بدهد.
ترموستات فن کویل انواع مختلفی دارد که مهمترین تقسیم بندی، دو دسته ترموستات آنالوگ (ترموستات مکانیکی) و ترموستات دیجیتال است. ترموستات ها با توجه به نوع لوله کشی فن کویل ها (۲ یا ۴ لوله) انتخاب می شوند.
نحوه انتخاب فن کویل
نوع
فن کویل ها دارای انواع مختلفی مانند فن کویل های کاستی، یک طرفه یا چهار طرفه، سقفی توکار، کانالی و زمینی هستند که بر اساس نوع کاربری طراحان انتخاب می شود.
ظرفیت
در هنگام محاسبه ظرفیت فن کویل که بر مبنای میزان بار برودتی کل (محسوس و نهان) هر فضا تعیین می گردد همواره سعی نمایید که ظرفیت فن کویل را در دور متوسط مبنای محاسبه قرار دهید.
ظرفیت فن کویل
Q: بار برودتی ساختمان بر حسب (BTU/MIN)
M: دبی هوای فن کویل بر حسب (CFM)
CP: گرمای ویژه هوا در فشار ثابت که عددی معادل ۰۱۸/۰ بر حسب (BTU/ft3. °F)
TΔ: اختلاف دمای بین هوای ورودی و خروجی فن کویل بر حسب درجه ی فارنهایت
سطح صدا
سطح صدا یکی از عواملی است که باید مورد توجه جدی قرار گیرد. موفقیت یا شکست پروژه ی نصب ممکن است بر سطح صدای نهایی تاثیر داشته باشد، و این عامل اغلب نادیده گرفته می شود. از دیگر عوامل موثر بر سطح صدا می توان به ارتفاع سقف، نوع ساخت و ساز سقف، اتاق های آکوستیک و به طور کلی چگونگی قرار گرفتن فن کویل و نوع موتور و فن به کار گرفته شده اشاره کرد.
همچنین در انتخاب فن کویل باید به نکاتی مانند ابعاد دستگاه، زیبایی ظاهری، قابلیت کنترلی مناسب و قیمت آن نیز توجه کرد.
طرز کار فن کویل
آب سرد یا گرم تولید شده ی چیلر یا بویلر توسط پمپ ها از طریق رایزرها به لوله هایی با قطر کوچکتر فرستاده می شوند تا به فن کویل ها (FCU) هدایت شوند. FCU اساسا جعبه ای با فن داخلی است که هوای داخل فضا را می کشد و آن از روی کویل گرم یا سرد عبور می دهد تا دمای هوا را تغییر دهد و سپس این هوا را به داخل فضا پخش می کند. آب سرد به FCU وارد می شود و از طریق کویل خنک کننده (مجموعه ای از لوله های نازک) عبور کرده و گرمای هوای داخل آن را جذب می کند. آب سرد، گرم شده و در نتیجه هوا در سراسر آن سرد می شود. هنگامی که آب سرد از کویل خنک کننده خارج می شود، در حدود ۵ درجه سانتی گراد (۵۳.۶ درجه فارنهایت) گرمتر خواهد شد و به ۱۲ درجه ی سانتیگراد می رسد. سپس آب سردِ گرم شده از طریق رایزرهای مسیر بازگشت به سمت اواپراتور چیلر بازگردانده می شود. آب سرد مجددا خنک می شود و آماده چرخش درون ساختمان و جمع آوری بار حرارتی بیشتری خواهد شد.
نحوه عملکرد سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC
شکل ۹: نحوه عملکرد سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC
نکته مهمی که در شکل بالا مشاهده میشود این است که سیستم فوق طوری طراحی شده است که سیم پیچ‌ها یا کویل‌های موجود در مجموعه، قابلیت گرم یا سرد شدن را داشته باشند. توجه کنید که مطابق شکل، سیم پیچ‌ها توسط بویلر، گرم و توسط چیلر، سرد میشوند.
با دقت به شکل بالا متوجه می‌شوید که هوا ابتدا از بیرون به داخل سیستم می‌آید و سپس از روی سیم‌پیچ یا کویل‌ها عبور میکند و در نهایت پس از گرم یا سرد شدن، به درون اتاق منتقل میشود.
توجه کنید که همزمان با ورود هوا از سیستم تهویه مطبوع و HVAC به درون اتاق، قسمتی از هوای اتاق از طریق یکی از خروجی‌ها به سیستم تهویه مطبوع باز می‌گردد. در واقع با استفاده از این فرایند، هوای اتاق با هوای تازه جایگزین میشود.
نوع دیگری از سیستم‌های تهویه مطبوع حضور دارند که این سیستم‌ها، سیستم‌های تهویه مطبوع کوچک هستند. نحوه عملکرد این سیستم به صورت کلی اینگونه است که، ابتدا گرما از درون یک اتاق جمع آوری میشود و سپس این گرما به بیرون از اتاق منتقل میشود و در نتیجه این فرایند، دمای هوای اتاق کاهش می‌یابد. این سیستم را میتوان در مکان‌هایی مانند خودروها مشاهده کرد. مکانیزم عملکرد این سیستم به صورت دقیق در شکل زیر به تصویر کشیده شده است.
سیستم تهویه مطبوع کوچک
شکل 10: نمایی از یک سیستم تهویه مطبوع کوچک
مکانیزم بالا نشان میدهد که چگونه یک سیستم گرما را از یک اتاق دریافت میکند و سپس گرمای دریافتی را درون یک مجموعه ذخیره میکند و در نهایت این گرما را به هوای بیرون از اتاق انتقال میدهد.
سیستمی که در بالا نشان داده شده، از پنج قسمت مهم تشکیل شده است و برای عملکرد صحیح این مجموعه، باید تمام این پنج قسمت به صورت صحیح و هماهنگ فعالیت کنند.
شیر انبساط
این وسیله باعث ایجاد یک محدودیت و توقف در مسیر جریان سیال درون سیستم میشود. نکته دیگر این است که این وسیله افت فشار زیادی را نیز در سیستم ایجاد میکند.
اواپراتور یا تبخیر کننده
این وسیله حاوی مبردی است که با استفاده از تبخیر این مبرد، دستگاه قادر خواهد بود تا گرمای موجود در محیط را از بین ببرد. توجه کنید که تبخیر یک فرایند گرماگیر است. بنابراین مبرد درون اواپراتور، طی فرایند تبخیر، از محیط گرما می‌گیرد.
کمپرسور
کمپرسور را میتوان به صورت کلی به عنوان دسته‌ای از توربوماشین‌ها معرفی کرد. کمپرسور در سیستمی که در بالا معرفی شد، قلب تپنده سیستم را تشکیل میدهد. کمپرسور در این سیستم تهویه مطبوع، انرژی و نیروی پیشرانش یا تراست تولید میکند و در نتیجه این نیرو، مبرد درون سیستم به حرکت در می‌آید.
کندانسور
همانطور که اشاره شد گرمای اتاق توسط مبرد موجود در تبخیر کننده یا اواپراتور دریافت میشود. برای کامل شدن چرخه نشان داده شده، نیاز هست که مبرد تبخیر شده دوباره و طی فرایند میعان به حالت مایع بازگردد. این فرایند در کندانسور انجام میشود.
نکته مهمی که باید به آن توجه کنید این است که فرایند میعان، یک فرایند گرماده یا گرمازا است. بنابراین کندانسور در این فرایند، به عنوان وسیله‌ای محسوب میشود که گرما را از مبرد به محیط بیرون منتقل میکند.
خشک کن
به منظور حفظ کیفیت هوای اتاق، محفظه‌ای شامل فیلتر در اتاق قرار داده میشود که به وسیله آن میتوان رطوبت و آلاینده‌های موجود در اتاق را تنظیم کرد. توجه کنید که حضور این مدل فیلتر برای یک فضای کوچک و بسته، ضروری به نظر می‌رسد.
انواع سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC
شش نوع اصلی از سیستم‌های HVAC در این بخش مورد بررسی قرار خواهند گرفت. شیوه عملکرد کلی این شش سیستم تغییرات بسیار کمی نسبت به مباحث اشاره شده در بخش‌های قبل دارد.
پمپ حرارتی
همانطور که می‌دانیم، گرما به صورت معمول تمایل دارد که از جسم گرم به جسم سرد یا از محیط با دمای بالا به محیط با دمای پایین منتقل شود. اما پمپ حرارتی مجموعه‌ای است که مسیر حرکت حرارت را در خلاف حرکت معمول آن ایجاد میکند. در واقع پمپ حرارتی گرما را از جسم یا یک محیط با دمای پایین به جسم یا محیط با دمای بالاتر منتقل میکند.
شکل زیر نمایی از یک پمپ حرارتی را به تصویر کشیده است.
پمپ حرارتی
شکل ۱۱: نحوه عملکرد یک پمپ حرارتی
پمپ حرارتی یک سیستم با کارایی و بازده بالا است و با استفاده از روندی که در ابتدای بخش توضیح داده شد، دمای اتاق را کنترل میکند. حالتی را در نظر بگیرید که هدف از به کارگیری پمپ حرارتی، گرم کردن یک محیط است. در این حالت، پمپ حرارتی از چرخه و سیکل تبرید مورد استفاده در تهویه مطبوع و یخچال‌ها استفاده میکند ولی هوای گرم تولید شده را به سمت مخالف یعنی به درون اتاق منتقل میکند.
توجه کنید که با برعکس کردن جریان هوا در پمپ حرارتی، میتوان از این وسیله برای خنک کردن یک اتاق استفاده کرد. نکته مهم دیگری که باید به آن اشاره کرد این است که وقتی پمپ حرارتی برای سرمایش مورد استفاده قرار می‌گیرد، مکان کویل‌ها در سیستم عوض میشود ولی چرخه عملکرد آن تغییر نمی‌کند.
در یک پمپ حرارتی، مایع موجود در تبخیر کننده و اواپراتور، به بخار تبدیل میشود و طی این فرایند از محیط گرما دریافت میکند. در مرحله بعد فشار این بخار توسط کمپرسور افزایش می‌یابد و پس از آن، گاز پر فشار به کندانسور وارد میشود و در این قسمت و طی فرایند میعان به مایع تبدیل میشود. توجه کنید که میعان یک فرایند گرماده یا گرمازا است و طی این فرایند، گاز موجود در سیستم گرما را به محیط انتقال میدهد.
یونیت پشت بامی
«یونیت پشت بامی» (Rooftop Unit) یا پکیج پشت بامی کاربرد بسیار زیادی در علم تهویه مطبوع و صنایع مرتبط به آن دارد. توجه کنید که این مجموعه را تحت عنوان «دستگاه انتقال هوا» (Air Handler) نیز معرفی میکنند.
این مجموعه، همانطور که از نام آن پیداست، از یک سیستم بزرگ تهویه مطبوع و HVAC تشکیل شده و در پشت بام قرار داده میشود. هدف از طراحی چنین سیستمی، معتدل کردن دمای یک محیط بزرگ است.
همانطور که اشاره شد، سیستم یونیت پشت بامی، از یک جعبه بزرگ در پشت بام ساختمان اداره یا سایر انواع ساختمان‌ها تشکیل شده است. درون این جعبه اجزای مختلفی مانند، یک دمنده، المان‌های گرمایش و سرمایش، فیلتر، محفظه‌ها و دمپرها قرار دارند.
جعبه بزرگی که در بالا معرفی شد، به داکت‌های سیستم تهویه ساختمان متصل است و از این طریق، هوای تولید شده در کل ساختمان توزیع میشود و در نهایت بر حسب مدلی که سیستم یونیت پشت بامی از آن استفاده میکند، هوا به داخل سیستم باز می‌گردد و چرخه کامل میشود. شکل زیر نمایی از یک سیستم یونیت پشت بامی یا دستگاه انتقال هوا را به تصویر کشیده است.
نحوه عملکرد یونیت پشت بامی
شکل 12: نحوه عملکرد یونیت پشت بامی
پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم
پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم و یا به صورت عمومی، هر کدام از پمپ‌های حرارتی زمین‌گرمایی، ابزارهایی برای تامین گرمایش و سرمایش پایدار و قابل تحمل هستند. در واقع این سیستم با استفاده از دمای متعادل زمین در زمستان و تابستان، گرمایش و سرمایش را انجام میدهد.
توجه کنید که استفاده از پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم، در زمان حاضر، روش رایجی نیست و دلیل این موضوع این است که این مجموعه باید در نزدیکی یک حجم انبوه آب قرار بگیرد. اما محبوبیت سیستم‌های مختلف پمپ حرارتی زمین گرمایی به سرعت رو به افزایش است. در واقع این سیستم یکی از سیستم‌های تولید انرژی پاک محسوب میشود و استفاده از آن کمک بسیار زیادی به محیط زیست میکند.
نکته مهمی که باید به آن توجه کرد این است که سیستم‌های پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم با بهره گرفتن از دمای متعادل زمین، بازده سیستم تهویه مطبوع و HVAC را بهبود می‌بخشند. توجه کنید که نکته فوق برای انواع مختلف پمپ حرارتی مانند فعالیت در آب یا زمین، کاربرد دارد. همچنین این نکته برای هر دو حالت گرمایش و سرمایش بیان شده است. شکل زیر نمایی از یک سیستم پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم را بیان میکند.
سیستم پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم
شکل 13: نمای کلی سیستم پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم
قدم بعدی در این سیستم این است که یک حفره در نزدیکی سیستم تهویه مطبوع یا HVAC ایجاد شود. بنابراین آب سرد در زیر زمین میتواند توسط سیستم به بالا منتقل شود و آب شرب و همچنین آب مورد نیاز برای چرخه پمپ حرارتی را تامین کند. بنابراین ابتدا آب بالا آمده از زمین، فیلتر میشود و سپس در یک مبدل حرارتی قرار می‌گیرد. بنابراین گرما از آب گرفته میشود و از این گرما برای افزایش دمای سیستم آب خانه استفاده میشود.
همانطور که بیان شد به وسیله سیستم پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم، میتوان گرمایش و سرمایش و همچنین آب گرم مصرفی را در ساختمان‌های مسکونی، اداری و تجاری تامین کرد. در شکل زیر نمایی دیگر از یک سیستم زمین گرمایی را نشان میدهد که منبع تامین انرژی آن میتواند به صورت افقی یا عمودی در زمین باشد و یا این منبع میتواند یک رودخانه و مخزن آب در نزدیکی منطقه در نظر گرفته شود.
شیوه عملکرد منبع زمین گرمایی
شکل 14: شیوه عملکرد منبع زمین گرمایی
شکل زیر هم به صورت مختصر شیوه استفاده از منبع زمین گرمایی در زمستان و تابستان را به تصویر کشیده است. با توجه به این شکل و همچنین توضیحات و شکل‌هایی که در بالا بیان شد، شیوه استفاده و کاربرد دقیق سیستم پمپ حرارتی با استفاده از مایعات گرم را در حالات مختلف می‌توانید به راحتی مورد بررسی و ارزیابی قرار دهید.
منبع زمین گرمایی در زمستان و تابستان
شکل 15: منبع زمین گرمایی در زمستان و تابستان
سیستم‌های پکیج تهویه مطبوع و HVAC
