تهویه مطبوع

اجزای یک کولر پنجره‌ای در یک چرخه ترمودینامیکی
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 تامین 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 تامین شود، مشخص می‌شود.
نگاره یک چرخه خنک‌سازی ۱- مبدل حرارتی ۲-شیر انبساط گرمایی ۳-اواپراتور ۴-کمپرسور
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 معمولا شامل: سرمایش، گرمایش، رطوبت زنی و رطوبت زدائی وتصفیه هوا می‌باشد.
انواع سیستم‌های تهویه مطبوع
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 سیال استوارند که گرما و سرما را به محل مورد نظر منتقل می‌کنند. بر اساس نوع سیال می‌توان سیستم‌های تهویه مطبوع را به سه دسته ۱- سیستم تهویه مطبوع تمام هوا ۲-سیستم‌های آب و هوا – آب ۳-سیستم تهویه مطبوع تمام آب تقسیم کرد.
سیستم‌های هوا–آب
این سیستم‌ها مزیت‌ها و معایب هر دو سیستم قبل را خواهند داشت و معمولا در این سیستم‌ها گرمایش به وسیله آب و سرمایش به وسیله هوا صورت می‌گیرد. لازم است ذکر شود که گرمایش با آب معمولا به دو صورت امکان‌پذیر است. گرمایش با آب گرم که با دمای ۷۰ تا ۹۰ درجه سانتی‌گراد کار می‌کند و گرمایش با آب داغ که در این سیستم با تحت فشار قرار دادن کل سیستم، دمای آب را تا حدود ۱۸۰ درجه سانتی‌گراد یا بالاتر افزایش می‌دهند. گرمایش با آب داغ معمولا در ساختمان‌های عظیم یا جاهایی که در اثر افزایش مسیر لوله کشی در آب افت حرارت ایجاد می‌شود، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
سیستم تهویه مطبوع تمام آب
این سیستم‌ها نمی‌توانند میزان رطوبت هوا را تغییر دهند اما به لحاظ حجم کم تاسیسات 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.
سیستم تهویه مطبوع تمام هوا
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 مربوطه 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.
سیستم هوا شوی
نحوه عملکرد دستگاه ایرواشر بدین صورت است که آب شهری توسط یک پمپ به سیستم لوله کشی 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.
سیستم هواساز
اجزا سیستم تهویه مطبوع
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
منابع حرارت معمولا 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.
منابع برودت
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 معمولا گازی شکل است ایجاد می‌گردد.
مخزن انبساط
این قسمت فقط ذر 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.
پمپ‌ها
این دستگاه‌ها وظیفه به حرکت درآوردن سیال را به عهده دارند. پمپ‌هایی که سیال مایع را به حرکت درمی‌آورند معمولا 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.
دستگاه‌های رطوبت زن
دستگاه‌هایی هستند که برای افزایش رطوبت محیط از آن‌ها استفاده می‌شود. این دستگاه با سیستمای مختلف و متفاوتی کار می‌کنند؛ که برخی از آن‌ها عبارتند از:
تشتکی
فراصوت
دیسکی
بستر متخلخل
بستر صلب
پاششی
دستگاه‌های رطوبت گیر
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
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:
هوا به هوا
آب به هوا یا بالعکس
آب به آب
بیشترین کاربرد کویل در سیستم برقی ماشین‌های اشتعال جرقه‌ای است.
فن و هواکش‌ها
هواکش‌ها نیز به عنوان یکی از اجزا دستگاه‌های تهویه مطبوع نقش مهمی در آن‌ها داشته و به نوعی قلب تپنده این دستگاه‌ها به‌شمار می‌روند. اصولا وظیفه جابجایی هوای گرم یا سرد عبوری از کویل‌های یا هوای تمیز شده توسط فیلترها در دستگاه‌های تهویه مطبوع بعهده هواکش‌ها است. هواکش‌های بکار رفته در دستگاه‌های تهویه مطبوع از دو نوع هواکش‌های گریز از مرکز یا هواکش‌های جریان محوری است.
هدف از تهویه مطبوع
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:
1)کنترل دمای محیط بوسیله سرمایش و گرمایش دهی
2)کنترل رطوبت بوسیله خشک کردن ورطوبت دهی
3)کنترل سرعت وزش هوا و تصفیه هوا
4)بوجود آوردن هوای پاک و سالم
5)ضد عفونی و ایزوله کردن هوا در محیط‌های پزشکی و بیمارستان‌ها.
همچنین تهویه مطبوع نقش مهمی در آسمان خراش‌های بزرگ و محیط‌های دریایی مانند اکواریوم‌ها 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 بوجود آمده است.