تهویه مطبوع
تهویه مطبوع به فرایند تأمین هوای با کیفیت و به اندازهٔ لازم می‌گویند. این فرایند توسط تجهیزات تأمین کنندهٔ هوای تازه و تجهیزات بهبود کیفیت صورت می‌پذیرد. در واقع تهویه مطبوع مانند یک پازل است که اجزای مختلف آن به تأمین تصویر کلی کمک می‌کنند؛ مثلاً در حالیکه هواساز مشغول تأمین هوای تازه می‌باشد، چیل تراکمی در حال خنک کردن آن هوا و بویلر چگالشی مشغول گرم کردن آب می‌باشد.
تهویه مطبوع یعنی انجام عملیاتی روی هوا تا بتوان شرایط هوای محل مورد نظر را برای زیستن، کار کردن یا عملیات صنعتی معین، راحت و بهداشتی کرد و به حد مطلوب برسانیم. تهویه مطبوع باعث می‌شود شرایط هوا طبق روش خاصی به صورت اتوماتیک ثابت بماند یا تغییر کند.
تهویه مطبوع یا هوارسانی دلپذیر یا هوایش دلپذیر شاخه‌ای از مهندسی مکانیک است. وظیفه آن تأمین شرایطی است که موجب رفاه انسان شود و برای نگهداری محصول یا فرایند خاصی مورد نیاز باشد.
برای انجام چنین عملی دستگاهی با ظرفیت مناسب بایستی نصب و در طی سال کنترل گردد. ظرفیت دستگاه با حداکثر بار لحظه‌ای واقعی تعیین می‌گردد و نوع کنترل نیز با توجه به شرایطی که باید در طی مدت اعمال پیک بار و بار جزئی تأمین شود، مشخص می‌شود.
تخمین بار ممکن است گاهی به روش دقیق و گاهی نیز با روش‌های سرانگشتی انجام گیرد.
دقت در تخمین بار یکی از عوامل بهینه‌سازی مصرف انرژی است.
تهویه مطبوع معمولاً شامل: سرمایش، گرمایش، رطوبت زنی و رطوبت زدائی وتصفیه هوا می‌باشد.
تهویه مطبوع به سیستمی گفته می‌شود که بتواند سه فاکتور، رطوبت ،دما و سرعت جریان هوا را کنترل کند. به صورت کلی تمام سیستم‌های تهویه مطبوع بر یک اصل استوارند که گرما و سرما را به محل مورد نظر منتقل می‌کنند.بر اساس نوع سیال می‌توان سیستم‌های تهویه مطبوع را به سه دسته:
این سیستم‌ها مزیت‌ها و معایب هر دو سیستم قبل را خواهند داشت در این در این سیستم، آب گرم یا آب سرد تهیه شده در دستگاه‌هایی که دور از فضای مورد تهویه قرار دارند، به داخل مبدل حرارتی اتاق ارسال گردیده بخش اعظم بار حرارتی اتاق را جبران می‌کنند. از طرف دیگر مقداری هوای گرم یا سرد که آن نیز در یک دستگاه هواساز مرکزی تهیه شده، به اتاق فرستاده می‌شود که وظیفه تأمین تنها اندکی از بار حرارتی اتاق را بر دوش دارد ولی در عوض نیاز اتاق را به هوای تازه برآورده می‌کند.
این سیستم‌ها نمی‌توانند میزان رطوبت هوا را تغییر دهند اما به لحاظ حجم کم تأسیسات و همچنین هزینه کم راه‌اندازی و نگهداری بر سایر سیستم‌ها مزیت دارد.
در این سیستم سیال ناقل حرارت و برودت آب می‌باشد. آب در موتور خانه در دستگاه‌های حرارتی مانند دیگ بخار یا دیگ آبگرم، گرم می‌شوند و برای گرمایش ساختمان در فصول سرد مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای فصول گرم مثل تابستان در موتورخانه از چیلر یا آبسرد کن برای تهیه آب سرد استفاده می‌شود و برای سرمایش ساختمان از این آب سرد استفاده می‌گردد.
آبگرم و آبسرد تهیه شده به داخل کویل‌های مبدل حرارتی اتاق‌ها (مثل فن کویل) ارسال می‌شود. بادبزن یا فن متعلق به این دستگاه هوا را از روی کویل عبور داده و باعث گرمایش یا سرمایش اتاق‌های داخلی ساختمان می‌گردد.
تنها سیستمی که می‌تواند یک سیستم تهویه مطبوع کامل را فراهم کند. مهم‌ترین ایراد این سیستم‌ها حجم زیاد تجهیزات و کانال‌های انتقال هوا می‌باشد.
در این سیستم نیز در موتور خانه دستگاه‌های تهیه آبسرد (چیلر) و آبگرم (دیگ آبگرم) با تجهیزات مربوط فعالیت می‌کنند و برای تهیه و ارسال هوای گرم یا سرد از دستگاه‌هایی به نام هواساز مرکزی (a.h.u) استفاده می‌شود. دستگاه هواساز دور از موتورخانه و در محلی نزدیکتر به فضای تهویه شونده در اتاقکی نصب می‌شود. سیال ناقل حرارت و برودت به داخل کویل دستگاه هواساز پمپ می‌شود و هوایی که توسط فن با سرعت از روی این کویل عبور می‌کند سرد یا گرم شده و بوسیله کانال‌های هوای سقفی بداخل فضاهای تهویه شونده توزیع می‌شود. توضیح اینکه هوای عبوری از روی کویل تصفیه فیزیکی شده و رطوبت زنی یا رطوبت‌گیری می‌شود و بعد به داخل فضاها ارسال می‌شود.
نحوه عملکرد دستگاه ایرواشر بدین صورت است که آب شهری توسط یک پمپ به سیستم لوله‌کشی و توزیع آب دستگاه ایرواشر منتقل می‌کنند و سپس توسط نازلهای تعبیه شده در ایرواشر سیستم آب با فشار بالا و به صورت پودر بر روی تشتک انتهایی دستگاه پاشیده می‌شود. این عمل به افزایش انتقال حرارت بین آب و هوا کمک کرده و باعث می‌شود به کمک فن سانتریفوژی که در جلوی ایرواشر قرار دارد هوای خنک و مرطوب به وسیله ایرواشر ایجاد شود. یکی از مزایای این دستگاه تصفیه و شسته شدن هوا توسط آب می‌باشد. لازم است ذکر شود که در حالت گرمایش این سیستم‌ها با کمک بویلر یا پکیج نیز آب گرم را می‌توان به دستگاه رساند و از گرمایش ان نیز استفاده کرد.
در این مرحله خلاصه‌ای از اجزای بکار رفته در سیستم‌های تهویه معرفی می‌شوند. این اجزا در انواع سیستم‌های تهویه به گونه‌ای به کار رفته‌اند.
منابع حرارت معمولاً با مصرف سوخت یا الکتریسیته حرارت تولید می‌کنند که بر اساس نوع سیالی که گرم می‌شود با نام‌های دیگ (منابع حرارتی که سیال مایع را گرم می‌کنند) و کوره (منابع حرارتی که سیال گاز را گرم می‌کنند) شناخته می‌شوند.
در همه سیستم‌های مکانیکی ایجاد سرمایش تنها از طریق برودت تبخیری امکانپذیر است و هرچه سرعت تبخیر یک ماده بیشتر باشد میزان سرمایش ایجاد شده توسط آن نیز بیشتر خواهد بود. منابع برودت در سیستم‌های معمول گرمایش و سرمایش به نام چیلر شناخته می‌شوند و به دو نوع ضربه‌ای یا معمولی و چیلر جذبی تقسیم می‌شوند. در هر دو نوع سرمایش در اثر بخار شدن ماده‌ای به نام ماده مبرد که معمولاً گازی شکل است ایجاد می‌گردد.
این قسمت فقط در سیستم‌های تمام آب وجود دارند. در سیستم‌های تمام آب چون مدار حرکت سیال بسته می‌باشد با تغییر دمای سیال موجود در سیستم و تغییر حجم آن به اتصالات سیستم و کل مدار فشار وارد شده و ممکن است باعث ایجاد اشکال در سیستم شود. منبع انبساط قطعه‌ای است که وظیفه کنترل تغییر حجم سیال را به عهده دارد. فقط یک نمونه از منبع انبساط مدل دیاگرامی در دنیا موجود است.
این دستگاه‌ها وظیفه به حرکت درآوردن سیال را به عهده دارند. پمپ‌هایی که سیال مایع را به حرکت درمی‌آورند معمولاً از نوع پمپ‌های حلزونی هستند و پمپ‌هایی که سیال گاز را به حرکت درمی‌آورند، فن یا بادزن نامیده می‌شوند و در دو نوع جریان محوری و جریان عمودی بکار می‌روند.
دستگاه‌هایی هستند که برای افزایش رطوبت محیط از آن‌ها استفاده می‌شود. این دستگاه با سیستم‌های مختلف و متفاوتی کار می‌کنند؛ که برخی از آن‌ها عبارتند از:
این دستگاه‌ها به صورت معمول با استفاده از پدیده فیزیکی تعرق رطوبت هوا را از بین می‌برد. بدین معنی که با سرد کردن هوا دمای آن به پایین‌تر از نقطه شبنم می‌رسد و رطوبت هوا به صورت قطرات ریز آب از هوا خارج می‌شوند. این دستگاه‌ها در حالت عادی بوسیله یک منبع برودت یک کویل را سرد کرده (کویل سرمایش ایجاد می‌کند) و با عبور هوا از روی کویل رطوبت آن گرفته می‌شود.
کویل‌ها در واقع محلهای تبادل حرارت در سیستم‌های سرمایش گرمایش هستند. کویل‌ها را بر اساس عملکرد می‌توان به دو نوع سرمایشی گرمایشی تقسیم کرد. همین‌طور کویل‌ها را بر اساس سیال به سه دسته زیر تقسیم می‌کنند:
بیشترین کاربرد کویل در سیستم برقی ماشین‌های اشتعال جرقه‌ای است.
هواکش‌ها نیز به عنوان یکی از اجزا دستگاه‌های تهویه مطبوع نقش مهمی در آن‌ها داشته و به نوعی قلب تپنده این دستگاه‌ها به‌شمار می‌روند. اصولاً وظیفه جابجایی هوای گرم یا سرد عبوری از کویل‌های یا هوای تمیز شده توسط فیلترها در دستگاه‌های تهویه مطبوع به عهده هواکش‌ها است. هواکش‌های به کار رفته در دستگاه‌های تهویه مطبوع از دو نوع هواکش‌های گریز از مرکز یا هواکش‌های جریان محوری است.
تهویه مطبوع از طرق مختلف این شرایط را در محیط‌های مسکونی، صنعتی، تجاری، پزشکی، اداری و بدون در نظر گرفتن شرایط آب و هوایی برای انسان فراهم می‌کند که عبارتند از: همچنین تهویهٔ مطبوع نقش مهمی در آسمان خراش‌های بزرگ و محیط‌های دریایی مانند آکواریوم‌ها که ایمنی و سلامت محیطیشان وابسته به تغییرات دما و رطوبت است ایفا می‌کند.
در اصل طراحی سیستم‌های HVAC از یکی از زیر گروهای اصلی مهندسی مکانیک و بر اساس اصول ترمودینامیک، مکانیک شاره هاو انتقال گرما به‌وجود آمده‌است.
در هوای گرم، تهویه مطبوع می‌تواند از گرمازدگی، از دست دادن بیش از حد آب بدن در اثر تعریق زیاد و سایر مشکلات مربوط به هایپرترمی جلوگیری کند. امواج گرما کشنده‌ترین نوع پدیده هوا در همه جای جهان است. از تهویه مطبوع (شامل فیلتراسیون، مرطوب سازی، خنک سازی و ضد عفونی کردن) می‌توان برای ایجاد یک فضای تمیز، ایمن و ضد آلرژی در اتاق عمل بیمارستان و سایر محیط‌هایی که نیازمندی به تهویه‌های مداوم احساس می‌شود، استفاده کرد. در بعضی موارد برای افرادی که بیماری آلرژی دارند و بیماری آن‌ها بسیار جدی است توصیه می‌شود که از سیستم‌های تهویه هوا استفاده کنند.
تهویه مطبوع باعث تغییرات مختلفی در جمعیت‌شناسی شد، به ویژه تغییر وضعیت ایالات متحده آمریکا از دهه ۱۹۷۰میلادی به بعد میزان رشد جمعیت با معرفی تهویه هوای مطبوع افزایش یافت به طوری که والدین در فصول سرد سال سعی می‌کردند فرزند دار نشوند به دلیل بیماری‌هایی که ناشی از سرمای بیش از حد و رطوبت هوا بود. اما پس از ورود تهویه‌های هوا شاهد رشد جمعیت در ایالت متحده آمریکا در همان سال بودیم.
میزان مرگ و میر با ورود تهویه‌های هوا تحت تأثیر قرار گرفت، به ویژه در طول تابستان و در مناطق با گرمای بسیار طاقت فرسا در این مناطق تا ۲٪ شاهد کاهش مرگ و میر نسبت به دهه ۱۹۳۰ میلادی تا ۱۹۹۰میلادی بودیم.
این اختراع که ابتدا برای صنایع تولیدی مانند مطبوعات و همچنین کارخانه‌های بزرگ طراحی شده بود، به سرعت به ادارات دولتی هم رسید. در حقیقت، مطالعات منتشر شده بر روی این موضوع نشان دهند افزایش بهره‌وری نزدیک به ۲۴٪ را در مکانهای مجهز به تهویه مطبوع نشان می‌دهد.