تعریف تهویه مطبوع

تهویه مطبوع عمدتا بعنوان ترجمه عبارت انگلیسی Air Conditioning بکار رفته و به معنای فرآیند تنظیم و کنترل شرایط هوا در فضاهای مسکونی، تجاری، پزشکی، صنعتی و غیره میباشد. به معنای عام‌تر تهویه مطبوع به هر عملیات تکنولوژیک بر روی هوا به منظور خنک کردن، گرم کردن، تصفیه کردن، رطوبت‌زنی یا رطوبت زدایی و عفونت زدایی اطلاق میگردد.

ضرورت

• ایجاد آسایش حرارتی-برودتی برای ساکنین
• افزایش کارآیی و عملکرد افراد با ایجاد شرایط مطلوب حرارتی-برودتی در محیط کار
• ایجاد شرایط مطلوب هوا برای انجام فعالیتهای خاص صنعتی، پزشکی، تحقیقاتی و غیره

بدلیل اهمیت و ضرورت، از تهویه مطبوع در ساختمانها بعنوان قلب ساختمان یاد میشود.

اهداف

در نهایت، هدف از تهویه مطبوع تامین شرایط مطلوب هوا در فضای مسکونی و یا کاری میباشد. شرایط مطلوب هوا معمولا با تنظیم و کنترل عوامل زیر ایجاد میگردد:

• دما
• رطوبت
• سرعت گردش هوا
• درجه خلوص و پاکی هوا (کاهش ذرات معلق، بوی نامطبوع، آلودگی‌، تامین اکسیژن کافی و ...)

در برخی موارد خاص و بسته به کاربرد تهویه مطبوع، رعایت برخی ملاحظات ویژه ضروری میباشد. بعنوان مثال در کتابخانه‌ها که بایستی از نشست گرد و غبار بر روی قفسه‌ها و کتابها حتی المقدور جلوگیری شود، تنظیم و کنترل گردش هوا نیز دارای اهمیت میباشد و مثلا توصیه میشود که در این موارد جهت گردش هوا از بالا به پایین تنظیم گردد تا از گردش ذرات گرد و غبار جلوگیری شود. همین موضوع در اتاقها و سالنهای رنگ‌زنی در کارخانجات نیز حائز اهمییت میباشد.

تبادل حرارتی بدن با محیط

برای تامین آسایش حرارتی افراد لازم است تا ابتدا مکانیزمهای تبادل حرارتی بدن انسان با محیط اطراف مورد شناسایی قرار گیرد. دمای بدن انسانها معمولا در محدوده ۰/۵ ۳۶/۹ درجه سانتیگراد قرار دارد. از طرفی بدن انسان بدلیل نرخ متابولیسم، در حالتها و فعالیتهای مختلف میزان تولید حرارت‌های متفاوتی دارد که در شرایط محیطی مختلف نیاز به تبادل مقادیر متفاوت حرارت با محیط اطراف دارد تا بتواند دمایی خود را در محدوده یاد شده حفظ نماید.

چنانچه بدن انسان نتواند میزان تبادل حرارت لازم را با محیط انجام دهد، آسایش حرارتی مختل شده و فرد احساس سرما و یا گرما مینماید. در شرایطی که بدن نتواند حرارت تولید شده توسط متابولیسم را دفع نماید، دچار عوارضی نظیر سردرد، سرگیجه و حتی حالت تهوع میگردد که از آن به گرما زدگی نیز یاد میشود.

نرخ متابولیسم بدن در شرایط و فعالیتهای مختلف در برخی مراجع و منابع بصورت جداول و نمودارهایی منتشر شده است. بعنوان مثال میتوان به جدول زیر اشاره نمود.

فعالیت متابولیسم بدن تقریبا بصورت کامل به حرارت تبدیل شده که برای ثابت ماندن دمای بدن و جلوگیری از افزایش دمای غیر عادی آن، بایستی (از طریق پوست) دفع شود. نقصان یا کمبود افت حرارت از بدن سبب افزایش حرارت در بدن (گرمازدگی یا Hyperthermia) و افت بیش از اندازه حرارت نیز سبب سرد شدن بدن (سرمازدگی یا Hypothermia) میگردد. در صورتیکه دمای پوست بدن بیش از ۴۵ درجه سانتیگراد و یا کمتر از ۱۸ درجه سانتیگراد شود انسان احساس درد مینماید.

دمای پوست بدن در حالت آسایش یک فرد در وضعیت نشسته حدودا ۳۳ تا ۳۴ درجه سانتیگراد میباشد که با افزایش فعالیت کاهش مییابد. در مقابل دمای داخلی بدن با افزایش فعالیت افزایش مییابد.

دمای آسایش در مرکز تنظیم دما در مغز انسان (هیپوتالاموس Hypothalamous) برای یک فرد در حالت استراحت حدودا ۳۶/۸ درجه سانتیگراد بوده که در حالت راه رفتن به حدود ۳۷/۴ درجه سانتیگراد و در حالت دویدن آرام به حدود ۳۷/۹ درجه سانتیگراد میرسد.

کاهش دمای داخلی بدن به کمتر از ۲۸ درجه سانتیگراد میتواند صدمات جدی به سیستم گردش خون وارد کرده و منجر به مرگ گردد. از سوی دیگر، افزایش دمای داخلی بدن به بیش از ۴۶ درجه سانتیگراد میتواند صدمات غیر قابل بازگشت به مغز وارد نماید.

بدین ترتیب تنظیم دمای بدن برای حفظ آسایش و سلامت بدن امری ضروری و حیاتی میباشد.

یک فرد بالغ بصورت معمول و در حالت استراحت حدودا ۱۰۰ وات حرارت تولید میکند. با توجه به اینکه سطح پوست بدن یک فرد بالغ حدود ۱/۸ متر مربع میباشد، نرخ تولید حرارت بدن بصورت متعارف برابر ۵۸/۲ وات بر متر مربع که به آن یک مت met گفته میشود و واحد فعالیت متابولیک بدن میباشد.

• توضیح پیرامون نقش هیپوتالاموس در کنترل دمای بدن اضافه شود .....

تبادل حرارتی بدن با محیط اطراف بطور کلی از طریق چهار مکانیزم صورت میپذیرد:

• ۱- انتقال حرارت جابجایی
• ۲- تبخیر (عرق کردن)
• ۳- انتقال حرارت تابشی (تشعشع)
• ۴- انتقال حرارت هدایتی (از طریق تماس مستقیم بدن)

با نوشتن بالانس انرژی برای بدن داریم:

که در این رابطه:

• نرخ حرارت تولیدی بدن
• نرخ تغییرات حرارت ذخیره شده در بدن
• نرخ تبادل حرارت از طریق جابجایی
• نرخ تبادل حرارت از طریق تبخیر (تعریق)
• نرخ تبادل حرارت از طریق تشعشع
• نرخ تبادل حرارت از طریق هدایت

در رابطه بالا، علامت مثبت به معنای از دست دادن حرارت و علامت منفی به معنای کسب حرارت بوسیله بدن میباشد.

معمولا انتقال حرارت از طریق هدایت کوچک بوده و درصد هر یک از عوامل دیگر در تبادل حرارتی بدن با محیط بستگی به دما، رطوبت و میزان وزش باد دارد. برای مثال در دمای ۱۸ درجه سانتیگراد و رطوبت ۵۰٪ و در یک محیط با هوای نسبتا ساکن، درصد تبادل حرارت بدن با محیط در جدول زیر آورده شده است:

• دقت شود که انتقال حرارت تابشی از بدن قسمت عمده‌ای از کل انتقال حرارت از بدن بوده و بایستی با دقت محاسبه شده و در محاسبات لحاظ گردد.

• اطلاعات جامع در خصوص محاسبه انتقال حرارت از بدن را میتوان در مراجع دیگر نظیر انتشارات ASHRAE بدست آورد.

• جدول زیر اطلاعات کاملتری برای محاسبه تولید حرارت توسط بدن انسان در حالات مختلف نشان میدهد.

آسایش حرارتی و سنجش آن

• یکی از سایتهای مفید که میتواند برای محاسبه شرایط آسایش مورد استفاده قرار گیرد سایت دانشگاه برکلی میباشد.

• منحنی زیر محدوده های مختلف شرایط هوا را از نظر آسایش حرارتی نشان میدهد.

مراحل طراحی و اجرای پروژه‌های تهویه مطبوع

پروژه‌های تهویه مطبوع معمولا در سه مرحله کلی انجام میپذیرند:

• ۱- مطالعات اولیه و محاسبه و تعیین مشخصات (شناسایی محل و کاربری، محاسبه بارهای سرمایشی و گرمایشی)
• ۲- انتخاب تجهیزات (مطالعه و بررسی تجهیزات موجود در بازار و یا قابل سفارش، محاسبه و انتخاب ظرفیت و مدل تجهیزات و ...)
• ۳- نصب و آزمایش (جایابی، نصب و راه‌اندازی تجهیزات و انجام آزمایشات عملکردی و ....)

تجهیزات و دستگاهها در نقاط مختلف ساختمان که جایابی شده‌اند، نصب شده و توسط شبکه‌های مختلف لوله‌کشی و کانال‌کشی، شبکه‌های برق و ارتباطی-کنترلی به یکدیگر متصل میشوند. معمولا در پروژه‌های متوسط تا بزرگ یک سیستم کنترل کننده مناسب نیز وظیفه پایش شرایط و تنظیم و کنترل عملکرد اجزای مختلف را برای تامین شرایط آسایش بعهده دارد.

برخی ملاحظات که در مطالعات اولیه بایستی مورد نظر قرار گیرند، عبارتند از:

• بررسی موقعیت ساختمان
• بررسی کاربری و کاربرد ساختمان
• بررسی مشخصات هندسی ساختمان
• بررسی مصالح ساختمان
• بررسی مشخصات دربها و پنجره‌ها
• وضعیت ساکنین ساختمان
• سیستم روشنایی و وسایل برقی و حرارتی
• دائم یا منقطع بودن کاربری
• بررسی فضاهای قابل دسترسی
• بررسی موانع (موانع در مسیر نصب تجهیزات ...)
• بررسی شرایط اشتراک آب، برق و گاز ساختمان و تامین ملزومات
• بررسی دفع فاضلاب
• بررسی فونداسیون و تکیه‌گاهها
• بررسی امکان‌پذیری انتقال دستگاهها

انتخاب تجهیزات و نوع سیستمهای سرمایشی و گرمایشی

سیستمهای متداول در کشور عبارتند از:

• ۱- سیستم حرارت مرکزی (شوفاژ) برای گرمایش ساختمان
• ۲- سیستم کولر گازی یا آبی برای سرمایش ساختمان
• ۳- سیستم فن‌کویل (سرمایش و گرمایش)
• ۴- سیستم هواساز یا هوارسان
• ۵- ترکیب سیستم‌های فن‌کویل و هواساز

مراحل طراحی و محاسبه سیستم تهویه مطبوع

معمولا در طراحی و محاسبه سیستم تهویه مطبوع مراحل زیر بایستی انجام پذیرد:

• ۱- انتخاب شرایط طرح برای هوای داخل ساختمان
• ۲- انتخاب شرایط طرح برای هوای بیرون ساختمان
• ۳- برآورد بارهای حرارتی و برودتی ساختمان
• ۴- جایابی محل نصب تجهیزات
• ۵- طرح و محاسبه شبکه‌های لوله‌کشی و کانال‌کشی
• ۶- بررسی مصرف انرژی سیستم و امکان‌سنجی کاهش و بهینه نمودن مصرف انرژی
• ۷- بررسی طرح از نظر تولید صدا و پیش‌بینی راهکارهای کاهش آلودگی صوتی
• ۸- تهیه نقشه‌های اجرایی و عملیاتی سیستم تهویه مطبوع در ساختمان

معرفی اجمالی انواع سیستمهای HVAC

سیستمهای متداول برای سرمایش و گرمایش عبارتند از:

• سیستمهای سرمایشی
  • پنکه و بادبزن
  • کولرهای آبی
  • سیستمهای خنک کن تراکمی
  • سیستمهای خنک کن جذبی

• سیستمهای گرمایشی
  • بخاری برقی
  • بخاری گازی
  • سیستمهای گرمایش با آب گرم
  • سیستمهای گرمایش با بخار