بخش چهارم :
جهت اطلاعات بیشتر در این زمینه، بخش‌های قبلی و بعدی را مطالعه کنید.
مقدمه
کویل‌های سرمایش و گرمایش، فن دمنده و اجزای کنترلی، هریک به‌عنوان بخش‌های اصلی سیستم‌های هواساز، نقش حیاتی در کنترل دما، رطوبت و کیفیت هوای محیط ایفا می‌کنند. این اجزا با استفاده از فناوری‌های مختلف و طراحی‌های متنوع، به تأمین شرایط مطلوب در ساختمان‌ها، بیمارستان‌ها، مراکز تجاری و اداری کمک می‌کنند. در این مقاله، به بررسی عملکرد، انواع و کاربردهای این اجزا پرداخته خواهد شد و اهمیت انتخاب و استفاده بهینه از آن‌ها روشن می‌شود.
کویل‌های سرمایش/گرمایش (Cooling/Heating Coil)
کویل‌های سرمایش و گرمایش، یکی از اجزای اصلی هواسازها هستند که وظیفه تغییر دمای هوای عبوری را بر عهده دارند و در مسیر جریان هوا قرار می‌گیرند. این کویل‌ها به‌عنوان مبدل‌های حرارتی عمل می‌کنند و می‌توانند برای تأمین دمای مناسب و همچنین رطوبت‌گیری از هوا، استفاده شوند. در شرایط خاص، کویل‌های سرمایش می‌توانند با کاهش دمای هوا تا کمتر از دمای نقطه شبنم، به‌عنوان رطوبت‌گیر نیز عمل کنند.
انواع کویل‌های هواساز بر اساس نوع عملکرد
کویل‌های هواساز بر اساس نوع عملکرد و منبع گرمایی یا سرمایشی به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند : کویل‌های مستقیم و کویل‌های غیرمستقیم.
1. کویل‌های مستقیم (Direct Coil)
کویل‌های مستقیم به‌طور مستقیم از منابع سرمایشی یا گرمایشی برای تأمین دمای مورد نظر استفاده می‌کنند. این نوع کویل‌ها شامل موارد زیر هستند :
• کویل‌های سرمایش با مبرد (DX Coil) : این کویل‌ها از جریان سرد مبرد برای فرآیند سرمایش استفاده می‌کنند و به‌طور مستقیم هوای محیط را سرد می‌سازند.
• کویل‌های گرمایش با گازهای حاصل از احتراق (Fired Heater Coil) : در این نوع، حرارت تولید شده از احتراق سوخت به‌طور مستقیم برای گرمایش استفاده می‌شود.
• پمپ‌های حرارتی (Heat Pumps) : این سیستم‌ها می‌توانند هم برای سرمایش و هم برای گرمایش استفاده شوند و فرآیند انتقال حرارت را با تغییر جهت جریان مبرد انجام می‌دهند.
• هیترهای برقی (Electrical Heater) : این کویل‌ها شامل المنت‌های الکتریکی هستند که با عبور جریان برق، انرژی الکتریکی را به انرژی گرمایی تبدیل می‌کنند.
2. کویل‌های غیرمستقیم (Indirect Coil)
کویل‌های غیرمستقیم از سیالات مانند آب برای انتقال حرارت استفاده می‌کنند و شامل موارد زیر هستند :
• کویل‌های سرمایش با آب سرد (Chilled Water Coil) : این نوع کویل‌ها از آب سرد تولید شده توسط چیلر (معمولاً با دمای حدود 7 درجه سانتی‌گراد) برای سرمایش استفاده می‌کنند.
• کویل‌های گرمایش با آب گرم (Hot Water Coil) : این کویل‌ها از آب گرم تولید شده توسط دیگ بخار یا بویلر با دمای معمولی 82 درجه سانتی‌گراد برای گرمایش استفاده می‌کنند.
• کویل‌های گرمایش با بخار آب گرم : بخار آب گرم نیز می‌تواند در کویل‌های گرمایش غیرمستقیم برای تولید گرما به‌کار گرفته شود.
کاربردهای کویل‌های سرمایش/گرمایش
کویل‌ها در سیستم‌های هواساز نقش حیاتی در کنترل دما و رطوبت هوا دارند و بر اساس نیاز پروژه و شرایط محیطی می‌توانند طراحی و انتخاب شوند. این کویل‌ها به‌ویژه در مکان‌هایی که نیاز به تغییر سریع و مؤثر دما وجود دارد، مانند بیمارستان‌ها، مراکز تجاری و ساختمان‌های اداری، از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند.
فن دمنده (Supply Fan)
فن دمنده یکی از اجزای حیاتی هواساز است که وظیفه انتقال هوای تأمین‌شده در دستگاه به سیستم کانال‌کشی توزیع هوا را بر عهده دارد. این فن با ایجاد اختلاف فشار مناسب، مشابه پمپ عمل کرده و جریان هوای لازم را تولید می‌کند تا به‌طور مؤثر به فضاهای مختلف منتقل شود. انتخاب فن مناسب برای سیستم هواساز بر اساس نیاز به حجم هوادهی مشخص (Flow Rate) و مجموع افت فشار استاتیکی کل (Total Static Pressure)، که شامل مقاومت‌های داخلی خود هواساز و سخت‌ترین مسیر کانال است، انجام می‌شود.
اهمیت انتخاب مناسب فن دمنده
فن دمنده نقش کلیدی در مصرف انرژی و کارایی کلی سیستم هواساز دارد. به‌عنوان یکی از مصرف‌کنندگان اصلی برق در این سیستم، انتخاب فن باید به گونه‌ای باشد که علاوه بر تأمین دبی هوای مورد نظر و فشار کافی، مصرف انرژی را به حداقل برساند. این امر برای افزایش بهره‌وری سیستم و کاهش هزینه‌های عملیاتی بسیار اهمیت دارد.
برای انتخاب صحیح فن دمنده، اغلب از نرم‌افزارهای تخصصی که توسط برندهای تولیدکننده ارائه می‌شوند، استفاده می‌شود. این نرم‌افزارها کمک می‌کنند تا پارامترهای دقیق مورد نیاز برای انتخاب نوع و مشخصات فن، بر اساس نیازهای پروژه و ویژگی‌های خاص محیط، تعیین شوند. این فرآیند موجب می‌شود که سیستم هواساز به‌طور بهینه عمل کرده و کارایی بالاتری داشته باشد.
انواع فن‌ها
فن سانتریفیوژ
فن‌های سانتریفیوژ نوعی از فن‌های پرکاربرد در سیستم‌های تهویه مطبوع هستند که با استفاده از نیروی گریز از مرکز هوا را به حرکت در می‌آورند. در این نوع فن‌ها، هوا با حرکت موازی به محور پروانه (Impeller) وارد شده و سپس از طریق نیروی گریز از مرکز به سمت خارج و در جهت عمود بر محور تخلیه می‌شود. این فن‌ها به‌دلیل توانایی در تولید فشار بالا، گزینه‌ای مناسب برای سیستم‌های هواساز با نیاز به هوادهی با فشار زیاد هستند.
انواع فن سانتریفیوژ بر اساس معیارهای مختلف
1. شکل پره‌های پروانه : برای کاربردهایی که به هوادهی با فشار بالا (معمولاً بالاتر از 2in.wg) نیاز دارند، پره‌های پروانه از نوع بکوارد (Backward) طراحی می‌شوند. این نوع پره‌ها به دلیل بازده بالاتر و قابلیت تولید فشار زیاد، در هواسازها کاربرد فراوانی دارند.
2. نوع مکش : در بسیاری از هواسازها، استفاده از فن‌های سانتریفیوژ با دوطرف مکش، به‌ویژه برای نیازهای هوادهی با حجم بالا، متداول است. این نوع طراحی باعث افزایش کارایی و بهبود جریان هوا می‌شود.
3. روش راه‌اندازی پروانه : فن‌های سانتریفیوژ می‌توانند به‌وسیله اتصال تسمه‌ای یا مستقیم (Direct Drive) راه‌اندازی شوند. انتخاب روش مناسب بستگی به شرایط کاری و نیازهای خاص دستگاه دارد. اتصال مستقیم معمولاً برای کاهش اتلاف انرژی و نیاز به نگهداری کمتر، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
فن پلاگ (Plug Fan)
فن پلاگ نوعی فن است که مشابه فن سانتریفیوژ با استفاده از نیروی گریز از مرکز عمل می‌کند تا هوا را در مسیر انتقال به حرکت درآورد. با این حال، تفاوت اصلی این نوع فن در نحوه ورود و خروج هوا است؛ به‌طوریکه هوا از یک طرف وارد فن شده و پس از حرکت شعاعی، به اطراف پرتاب می‌شود.
پیشرفت تکنولوژی و نیاز به افزایش راندمان سیستم‌ها منجر به معرفی فن‌های پلاگ به‌عنوان یک جایگزین برای فن‌های سانتریفیوژ شده است. این فن‌ها معمولاً دارای پروانه‌هایی به شکل بکوارد (Backward) هستند و به‌طور مستقیم به الکتروموتور متصل می‌باشند. این نوع اتصال مستقیم باعث کاهش اتلاف انرژی و بهبود عملکرد کلی دستگاه می‌شود.
فن پلاگ‌ها در کاربردهایی که نیاز به جریان هوای با فشار مشخص و حجم زیاد دارند، گزینه‌ای مناسب به شمار می‌آیند. این فن‌ها به دلیل طراحی ویژه خود، می‌توانند کارایی بالاتری در مقایسه با فن‌های سانتریفیوژ معمولی ارائه دهند، به‌ویژه در شرایطی که نیاز به کنترل دقیق جریان هوا و کاهش مصرف انرژی مطرح باشد.
سایر اجزای دستگاه هواساز
در طراحی و ساخت هواسازها، بسته به نیاز پروژه و شرایط محیطی، امکان افزودن اجزای مختلفی وجود دارد که کارایی دستگاه را بهبود می‌بخشند. این اجزا شامل موارد زیر هستند:
• جعبه اختلاط (Mixing Box) : این بخش برای ترکیب هوای تازه و هوای برگشتی طراحی شده است. استفاده از این جعبه می‌تواند به بهره‌برداری از انرژی موجود در هوای برگشتی کمک کند و مصرف انرژی را کاهش دهد.
• رطوبت‌زن (Humidifier) : دستگاهی برای افزایش رطوبت در جریان هوا که می‌تواند از انواع مختلفی شامل رطوبت‌زن‌های تبخیری، بخارسازها، مه‌پاش‌ها و دستگاه‌های اولتراسونیک تشکیل شده باشد.
• رطوبت‌گیر (Dehumidifier) : این سیستم برای کاهش رطوبت هوا طراحی شده و شامل انواع چگالش حرارتی، خشک‌کن‌های جذب رطوبت (Desiccant) و سیستم‌های پاشش آب سرد می‌باشد.
• فن برگشت (Return Fan) : فن‌هایی که در پروژه‌هایی با مسیر برگشت طولانی برای به گردش درآوردن هوای برگشتی استفاده می‌شوند.
• بازیاب حرارت (Heat Recovery) : این سیستم‌ها برای استفاده از انرژی هوای خروجی از فضای پروژه طراحی شده‌اند و از اختلاط آن با هوای تازه جلوگیری می‌کنند. انواع مختلفی از این سیستم‌ها وجود دارد، از جمله مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای (Plate Heat Exchanger)، چرخ‌های حرارتی (Thermal Wheel)، سیکل‌های ترکیبی (Combined Cycle) و لوله‌های گرمایی (Heat Pipe).
افزودن این اجزا به سیستم هواساز می‌تواند عملکرد و بهره‌وری آن را به طور چشمگیری افزایش دهد و امکان کنترل دقیق‌تر شرایط محیطی را فراهم آورد.
سیستم‌های کنترلی در هواسازها
با توجه به تنوع طراحی و تولید دستگاه‌های هواساز، می‌توان سیستم‌های کنترلی مختلفی را برای این دستگاه‌ها در نظر گرفت. این سیستم‌ها وظیفه دارند تا عملکرد دستگاه را بهینه کنند و شرایط مورد نظر برای فضای داخلی را تامین نمایند. سطح کنترل و پیچیدگی سیستم کنترلی بستگی به نیاز پروژه و الزامات خاص آن دارد. برخی از هواسازها ممکن است تنها قابلیت روشن و خاموش شدن فن را داشته باشند و بدون سیستم کنترلی پیچیده تولید شوند.
مهم‌ترین اجزای کنترلی در سیستم‌های هواساز عبارتند از :
سنسور دما و شیر سه‌راهه
در هواسازهای با حجم هوادهی ثابت (CAV)، سنسور دما برای اندازه‌گیری دمای هوای ورودی یا خروجی به کار می‌رود. این سنسور اطلاعات دما را به سیستم کنترل ارسال می‌کند تا با تنظیم مقدار دبی آب عبوری از کویل‌ها از طریق شیر سه‌راهه برقی، دمای هوای ورودی به اتاق مطابق با دمای طراحی تنظیم شود. این فرایند باعث حفظ تعادل دما و تنظیم دقیق شرایط داخلی می‌گردد.
این سیستم‌های کنترلی به افزایش بهره‌وری و کاهش مصرف انرژی کمک کرده و امکان حفظ شرایط مطلوب در فضاهای مختلف را فراهم می‌آورند.
اینورتر در هواسازهای با حجم هوادهی متغیر (VAV)
در هواسازهای نوع VAV، اینورتر نقش مهمی در تنظیم و کنترل سرعت چرخش فن ایفا می‌کند. با استفاده از اینورتر، دور الکتروموتور و در نتیجه سرعت عملکرد فن تغییر می‌کند. این فرآیند امکان تغییر حجم هوای رفت، که دمای آن ثابت می‌ماند، را فراهم می‌آورد و به این ترتیب می‌توان دمای مطلوب و مورد نظر برای فضای داخلی اتاق را به دست آورد. این قابلیت باعث بهبود کارایی سیستم و مصرف بهینه انرژی می‌شود، چرا که سیستم تنها به اندازه نیاز واقعی فضای مورد نظر هوا تولید می‌کند.
دمپر موتور در هواسازها
دمپر موتور یک عملگر برقی است که به منظور کنترل خودکار باز و بسته شدن دمپرها استفاده می‌شود. این سیستم امکان تنظیم و تغییر نسبت اختلاط هوای تازه و هوای برگشتی را به صورت اتوماتیک و دقیق فراهم می‌آورد. در هواسازهایی که به عنوان Full fresh شناخته می‌شوند، دمپر موتور همچنین برای بستن خودکار دمپر هوای تازه در مواقع اضطراری، مانند وقوع آتش‌سوزی، به کار می‌رود تا از ورود هوای آلوده یا دود به سیستم جلوگیری کند. این ویژگی کمک می‌کند تا ایمنی سیستم تهویه در شرایط بحرانی حفظ شود و از گسترش دود یا گازهای سمی به دیگر بخش‌های ساختمان جلوگیری به عمل آید.
ترموستات آنتی فریز در هواسازها
ترموستات آنتی فریز یک دستگاه ایمنی است که برای جلوگیری از یخ زدگی آب موجود در کویل‌های گرمایشی در فصل زمستان به کار می‌رود. این سیستم با نظارت بر دمای آب درون کویل، در صورتی که دما به نقطه یخ‌زدگی نزدیک شود، به طور خودکار عمل کرده و سیستم گرمایشی را فعال می‌سازد یا جریان آب را تنظیم می‌کند تا از یخ زدگی و آسیب به سیستم جلوگیری شود. این ویژگی به ویژه در مناطق با سرمای شدید اهمیت دارد و کمک می‌کند تا کارایی دستگاه هواساز حفظ شده و از هزینه‌های تعمیرات پیشگیرانه صرفه‌جویی شود.
سوییچ اختلاف فشار (DPS) در هواسازها
سوییچ اختلاف فشار (DPS) یک دستگاه کنترلی است که در هواسازها برای نظارت بر وضعیت فیلترها و تشخیص کثیفی آن‌ها استفاده می‌شود. این سیستم با اندازه‌گیری اختلاف فشار بین دو طرف فیلترها کار می‌کند و در صورت افزایش این اختلاف فشار از حد مجاز، به مدیر سیستم هشدار می‌دهد. این امر به کاربران این امکان را می‌دهد تا از نیاز به تعویض یا تمیز کردن فیلترها آگاه شوند و در نتیجه، عملکرد بهینه سیستم و صرفه‌جویی در مصرف انرژی را تضمین می‌کند. این ویژگی به ویژه در سیستم‌های هواساز با بار هوادهی بالا و محیط‌های حساس اهمیت دارد، زیرا از جلوگیری از افت کارایی و کاهش کیفیت هوای توزیع‌شده اطمینان می‌یابد.
ترانسمیتر اختلاف فشار (DPT) در هواسازها
ترانسمیتر اختلاف فشار (DPT) یک ابزار ضروری برای نظارت بر وضعیت فیلترهای هواساز است. با گذشت زمان، فیلترها ممکن است دچار کثیفی و گرفتگی شوند که این امر منجر به کاهش حجم هوادهی و افت کارایی دستگاه می‌شود. ترانسمیتر اختلاف فشار به طور مداوم افت فشار هوای عبوری از فیلترها را اندازه‌گیری می‌کند و این اطلاعات را به سیستم کنترلی دستگاه منتقل می‌سازد. بر اساس داده‌های دریافتی، سیستم کنترل با استفاده از اینورتر سرعت چرخش فن را افزایش می‌دهد تا کاهش حجم هوادهی جبران شده و عملکرد هواساز در سطح مطلوب باقی بماند. این سیستم کمک می‌کند تا هواساز بتواند در شرایط بهینه خود عمل کرده و از افت کیفیت هوا جلوگیری کند، در حالی که مصرف انرژی به طور مؤثری مدیریت می‌شود.
سنسور CO2 در هواسازها
سنسور CO2 یکی از اجزای کلیدی در هواسازهایی است که دارای سیستم بازگشت هوا هستند. این سنسور قادر است میزان دی‌اکسید کربن موجود در هوای برگشتی (هوای اتاق) را به دقت اندازه‌گیری کند. با استفاده از این اطلاعات، سیستم کنترلی هواساز می‌تواند نسبت اختلاط هوای تازه و هوای برگشتی را به صورت خودکار و بهینه تنظیم نماید. این فرآیند به کمک دمپر موتورها انجام می‌شود تا سطح اکسیژن کافی در اتاق حفظ شود و کیفیت هوای داخلی در سطح مطلوب باقی بماند. این سیستم هوشمند به ویژه در محیط‌هایی که نیاز به تهویه مناسب و کنترل دقیق کیفیت هوا دارند، اهمیت بسیاری دارد و موجب بهبود راحتی و سلامت افراد حاضر در فضا می‌شود.
سنسور رطوبت در هواسازها
سنسور رطوبت در هواسازها برای کنترل و تنظیم دقیق سطح رطوبت هوا در دو حالت مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. در حالت اول، سنسور رطوبت در مسیر هوای برگشتی نصب می‌شود و به سیستم اجازه می‌دهد تا دمپرها را بر اساس رطوبت مطلوب اتاق به‌طور خودکار باز یا بسته کند. این امر کمک می‌کند تا سطح رطوبت در فضای داخلی در محدوده مورد نظر حفظ شود. در حالت دوم، در هواسازهایی که به سیستم‌های رطوبت‌زنی یا رطوبت‌گیری مجهز هستند، سنسور رطوبت برای تنظیم رطوبت هوای خروجی از دستگاه به کار می‌رود. این نوع استفاده از سنسور رطوبت به بهینه‌سازی شرایط محیطی و افزایش راحتی و سلامتی افراد در فضاهای مختلف کمک می‌کند.
نتیجه‌گیری
در نهایت، انتخاب صحیح و بهینه اجزای سیستم هواساز، از جمله کویل‌های سرمایش/گرمایش، فن‌های دمنده و سیستم‌های کنترلی، نقش بسزایی در بهبود کارایی، صرفه‌جویی در مصرف انرژی و ارتقاء کیفیت هوای محیط دارد. با بهره‌گیری از تکنولوژی‌های نوین و طراحی مناسب، می‌توان عملکرد سیستم‌های هواساز را در شرایط مختلف بهینه کرد و تجربه راحت و سالم‌تری را برای کاربران فراهم آورد. این فرآیند نه تنها موجب کاهش هزینه‌های عملیاتی می‌شود، بلکه به حفظ محیط زیست و مدیریت بهینه منابع انرژی کمک می‌نماید.