آسایش حرارتی در انواع سیستم تهویه مطبوع

 تهویه مطبوع
داشتن هوای مطبوع و خنک در گرمای فصل تابستان همواره یکی از چالش های انسان ها بوده است که از دیرباز تاکنون در صدد پیدا کردن راه حل مناسبی برای این مهم بوده اند. اختراع سرداب ها، بادگیرها و امثال آنها از جمله نخستین اقدامات تاسیساتی نوین بوده که در سال های نچندان دور بسیار پرطرفدار بوده اند. امروزه با پیشرفت تکنولوژی و اختراع دستگاه هایی که با انرژی های متفاوت از جمله برق کار می کند، سرمایش محیط زندگی دیگر کار سختی نیست. تنوع اختراعات و محصولات در این زمینه، حق انتخاب مصرف کنندگان از این سیستم ها را بسیار افزایش داده است. اما هر کدام از سیستم های سرمایشی مزایا و معایب خود را دارا بوده و شرایط کارکرد خاصی را برای بهترین راندمان طلب می کنند. از این رو بر آن شدیم تا محبوب ترین سیستم های سرمایشی و گرمایشی را بهمراه مزایا و معایب آنها معرفی کنیم.
 
آسایش حرارتی چیست ؟
تعریف آسایش حرارتی :
دمای داخلی بدن انسان در حالت عادی در حدود ۳۷ درجه سانتیگراد است که این دما در سطح پوست به ۳۲ درجه کاهش می یابد. در صورتیکه دمای داخلی بدن در اثر هر عاملی خارجی نظیر تغییر دمای هوا، فعالیت های بدنی زیاد و ... از این میزان بیشتر شود بدن احساس گرما کرده و انرژی اضافی خود را به محیط منتقل می کند. و در صورتیکه دمای داخلی از ۳۷ درجه کمتر شود بدن احساس سرما کرده و انرژی مورد نیاز خود را از محیط جذب می کند. بنابراین همواره تبادل حرارتی بین بدن و محیط اطرافش در جریان است. حال اگر این تبادل حرارت به حالت تعادل درآید یعنی بدن در لحظه بتواند انرژی اضافی خود را به محیط منتقل کند یا انرژی مورد نیاز را از محیط جذب کند، آسایش حرارتی برقرار شده است. یعنی حالتی که فرد نه احساس سرما و نه احساس گرما می کند.
 روش هایی که بدن می تواند از طریق آنها انرژی جذب کرده یا از دست بدهد به تفصیل در شرح داده میشود .
روش های انتقال حرارت:
رسانایی: عبارت است از انتقال مولکول به مولکول حرارت .تأثیر در تبادل حرارت بدن با محیط ناچیز
همرفت: یعنی انتقال حرارت از طریق جابجایی یک سیال  (معمولا هوا).  تأثیر در تبادل حرارت بدن با محیط ۴۰%
تابش: عبارت است از انتقال حرارت از طریق امواج الکترومغناطیس . تأثیر در تبادل حرارت بدن با محیط ۴۰% |
برودت تبخیری: یعنی سرمایش حاصل از تبخیر مایعات. تأثیر در تبادل حرارت بدن با محیط ۲۰%
عوامل موثر بر آسایش حرارتی
دما:
دمای هر ماده نشان دهنده میزان گرمای یک ماده است و به دو صورت خشک و مرطوب اندازه گیری می شود. دمای خشک با دماسنج معمولی اندازه گیری می شود و برای اندازه گیری دمای مرطوب از دماسنج مرطوب استفاده می گردد که به طور ساده با قرار دادن مخزن ایک دماسنج ساده در یک ظرف محتوی پنبه یا پارچه خیس به دست می آید. دمای مرطوب بواسطه تبخیر آب موجود در ظرف همواره از دمای خشک کمتر است و اختلاف دمای خشک و مرطوب نشان دهنده قدرت خنک کنندگی رطوبت در یک محیط است. این اختلاف دما می تواند قابلیت خنک کنندگی دستگاه هایی نظیر کولر آبی را مشخص کند.
رطوبت:
نشان دهنده میزان بخار آب موجود در هوا است. وجود رطوبت زیاد در هوا باعث می شود که عملکرد برودت تبخیری با مشکل روبرو شده و بدن نتواند با تبخیر عرق خود را خنک کند. به همین دلیل تحمل هوای گرم در شرایطی که رطوبت هوا زیاد باشد بسیار مشکل تر از هوای خشک است.
سه نوع رطوبت برای یک حجم معین هوا قابل اندازه گیری است.
مطلق: برابر است با میزان بخار آب موجود در یک حجم معین از هوا. -1
۲- اشباع: برابر است با حداکثر میزان بخار آبی که یک حجم معین هوا می تواند در خود نگهداری کند
 ٣- نسبی: برابر است با حاصل تقسیم رطوبت مطلق به رطوبت اشباع که معمولا به درصد بیان می شود. رطوبت اشباع وابستگی مستقیم با دمای محیط دارد. هرچه دمای محیط بیشتر باشد رطوبت اشباع نیز بیشتر و در نتیجه رطوبت نسبی کمتر است. همینطور با کاهش دما رطوبت اشباع کمتر شده و در نتیجه رطوبت نسبی افزایش می یابد. اگر دمای محیط به حدی کاهش پیدا کند که رطوبت اشباع با رطوبت مطلق برابر شود یا رطوبت نسبی ۱۰۰% شود می گوییم به نقطه شبنم یا دمای شبنم (تعریق) رسیده ایم. اگر دمای محیط از نقطه شبنم کمتر شود رطوبت اشباع از رطوبت مطلق کمتر شده و مقداری از رطوبت زیادی هوا به صورت قطرات آب روی سطوح سرد باقی می ماند.
جریان هوا:
با تأثیر بر دمای بدن از طریق همرفت و همچنین کمک به تبخیر رطوبت و افزایش میزان برودت تبخیری می تواند به تحمل دماهای بالاتر از نقطه آسایش کمک کند. البته در بحث آسایش حرارتی منظور از جریان هوا ایجاد جریان هوا بدون تغییر در رطوبت یا دمای آن است. به عنوان مثال کاری که یک پنکه انجام می دهد. اندازه گیری جریان هوا با واحدهای سرعت نظیر فوت بر متر یا کیلومتر بر ساعت و ... انجام می شود.
تابش: منظور از تابش در بحث آسایش حرارتی، انرژی است که برای تحمل دماهای پایین تر از دمای آسایش به محیط اعمال می کنیم. واحد اندازه گیری آن معمولا واحد انرژی بر واحد زمان یا توان است. نظیر وات یا کالری در دقیقه یا کیلو کالری در ساعت
پوشش: واحد اندازه گیری پوشش لباس یا cloth است که با صرف نظر از تعریف دقیق آن و با کمی اغماض می توان آن را لباس رسمی ادارات به علاوه یک ژاکت در نظر گرفت. در نمودارهای آسایش حرارتی بصورت پیش فرض پوشش افرادبرابر 5/0درصد در نظر گرفته می شود.
عوامل غیر فیزیکی (سن و جنس و نژاد):
به غیر از عوامل فوق عوامل غیر فیزیکی نیز می توانند در احساس آسایش نقش داشته باشند. یکی از این عوامل سن است. بصورت کلی افراد مسن برای احساس آسایش احتیاج به دمایی ۱ تا ۲ درجه بالاتر از افراد عادی دارند. عامل دیگر جنس است. زن ها نیز برای احساس آسایش احتیاج به دمایی ۱ تا ۲ درجه بیشتر از مردها دارند. عامل دیگر نژاد است. مثلا افرادی که در مناطق گرمسیر زندگی می کنند راحت تر می توانند دماهای بالاتر از نقطه آسایش را تحمل کنند.
نقطه آسایش:
به شرایطی که در آن مجموع فاکتورهای دما، رطوبت، جریان هوا، تابش و پوشش برای آسایش فراهم باشد، نقطه آسایش می گوییم. با تغییر هر یک از فاکتورهای بالا شرایط آسایش از بین رفته و برای جبران آن باید فاکتور دیگران را تغییر دهیم. مثلا در صورت افزایش دما می توانیم پوشش را کم کنیم یا با افزایش جریان هوا مجددا به یک نقطه آسایش جدید برسیم. که مجموعه کل این نقاط آسایش را محدوده آسایش می نامند.
بيان معایب و محاسن سیستم های تاسیساتی حرارتی و برودتی
1- چیلر با فن کویل :
محاسن
١- سیستم مرکزی می باشد ( در زمستان به دیگ موتورخانه متصل و گرمایش ساختمان را تامین می نماید )
 ۲- قدرت سرمایش بسیار بالا به همراه کنترل منطقه ای .
 ٣- قرار گیری دستگاه چيلر در موتورخانه و یا پشت بام ساختمان وفن کویل ها در داخل فضا.
 ۴- به علت تنوع مدل دستگاه هایی که با چیلر کار میکنند ( انواع فن کویل ها و هواساز ها )، دست طراح برای انجام کارهای متفاوت و متناسب با معماری فضا باز می باشد ، زیبایی بالا.
 ۵-قدرت گرمایش مناسب با مصرف انرژی کم
 ۶-تعمیرات و نگهداری ساده
معایب
١- هزینه اولیه بالا
٢- مشکل رطوبت زنی در مناطق خشک
مد انتقال حرارت :
1-همرفتی
2- مینی چیلر با فن کویل :
محاسن
۱- کنترل دقیق بر وضعیت سیستم و تنظیم دقیق دما به صورت دلخواه .
۲- قدرت سرمایش بالا در صورت طراحی صحیح . ( آب ورودی به کویل ها از طرف چیلر ۷ تا ۱۲ درجه سانتیگراد )
 3- به علت تنوع مدل دستگاه هایی که با چیلر کار میکنند ( انواع فن کویل ها و هواساز ها ) ، دست طراح برای انجام کارهای متفاوت و متناسب با معماری فضا باز می باشد. زیبایی بالا
 ۴- توانایی جدا نمودن واحد ها با هم . ( کنتور جدا ، عموما با کنتور ۳ فاز ۳۲ قابل انجام می باشد)
معایب سیستم مینی چیلر :
1- هزینه اولیه بسیار بالا
2- مشکل عدم رطوبت زنی در مناطق خشک
 3- محل قرار گرفتن و نصب دستگاه ( تولید صدا )
4- راندمان پایینتری از چیلر ها دارد
 مد انتقال حرارت :
1-همرفتی
۳- داکت اسپیلت ها
محاسن
1- قدرت سرمایش بالا
2-  قابلیت اتصال به موتورخانه و تامین گرمایش ساختمان
3- دارای دو بخش بوده که بخش بیرونی قابلیت نصب بر روی دیوار ساختمان ، پشت بام و بالکن ساختمان را دارد و بخش داخلی در درون سقف کاذب جا می گیرد
 4- قابلیت زون بندی ساختمان و نهایتا کنترل مصرف برق کلی ساختمان را دارد
5- زیبایی بالا
6- قیمت اولیه پایینتر از خانواده چیلر ها
معایب
1- هزینه اولیه بالا
2- هزینه برق مصرفی بالا
3- کانال کشی
4- احتیاج به سقف کاذب متناسب با دستگاه
5- طول عمر پایینتر از خانواده چیلر ها
 6- عدم توانایی کنترل منطقه ای بالاخص در مورد اتاق خواب ها
مد انتقال حرارت :
۱-همرفتی
۴- سیستم تبخیری ( ایر واشر)
محاسن
1- هزینه اولیه نسبتا پایین تر سیستم های چیلر
2- هزینه برق مصرفی پایین
3- هوای ۱۰۰% تازه در تابستان با قابلیت رطوبت زنی مناسب برای مناطق خشک
4- قدرت سرمایشی متوسط
5-قابلیت استفاده در ساختمان های بزرگ و ظرفیت های بالا
6- قابلیت اتصال به موتورخانه و تامین گرمایش مطلوب ساختمان بوسیله کانال های طراحی شده برای سیستم سرمایش فضا و یا در ساختمان های مسکونی با فن کویل ها را دارد.
 معایب سیستم تبخیری ( ایر واشر)
1- در شهر یزد بر طبق نمودار سایکومتریک سیستم های تبخیری تا دمای ۳۷ الی ۳۸ درجه سانتیگراد محیط بیرون توانایی تامین درجه حرارت آسایش را با رطوبت زنی مناسب دارا می باشند . ولی از این درجه به بالا احتیاج به سیستمهای مکمل جهت کاهش دمای هوای ورودی و یا کاهش درجه حرارت آب ورودی می باشد.
سیستمهای مکمل عبارتند از :
الف۔ کویل پری هیت ، هوای ورودی را پیش سرد می کند
 ب- استفاده از برج خنک کن جهت سرد کردن آب ورودی به دستگاه تبخیری ٢- عدم توانایی در تنظیمات دما به صورت دقیق ٣- کانال کشی زیاد ۴- احتیاج به داکتی بزرگ مختص به کانال خود دارد.
 مد انتقال حرارت :
1-همرفتی
5- زنت (zent)
زنت یکپارچه :
محاسن
 1- قدرت سرمایش متوسط
2- قابلیت اتصال به موتورخانه و تامین گرمایش مطلوب ساختمان بوسیله کانال های طراحی شده برای سیستم سرمایش فضا
3- بخش اصلی بیرون ساختمان بر روی دیوار و یا پشت بام ساختمان قابل نصب می باشد
 4- هزینه های اولیه برق مصرفی پایین
 5- هوای ۱۰۰% تازه در تابستان با قابلیت رطوبت زنی مناسب برای مناطق خشک
معایب
1- کانال کشی
2- در شهر یزد بر طبق نمودار سایکومتریک سیستم های تبخیری تا دمای ۳۷ الی ۳۸ درجه سانتیگراد محیط بیرون توانایی تامین درجه حرارت آسایش را با رطوبت زنی مناسب دارا می باشند. ولی از این درجه به بالا راندمان سرمایشی این سیستم به شدت پایین می آید
3- برای فضاهای کوچک پیشنهاد میگردد
4- عدم کنترل مناسب بر روی درجه حرارت فضا
5- زنت ها دو تکه کاستی که دارای بخش بیرونی و داخلی می باشد
محاسن
 1- قدرت سرمایش متوسط
 2- قابلیت اتصال به موتورخانه و تامین گرمایش ساختمان به شکل مطلوب
 3- بخش بیرونی دستگاه روی دیوار بیرونی ساختمان قابل نصب می باشد
 4- هزینه اولیه و برق مصرفی پایین
 5- هوای ۱۰۰% تازه در تابستان با قابلیت رطوبت زنی مناسب برای مناطق خشک
معایب
١- احتیاج به سقف کاذب متناسب با دستگاه.
۲- در شهر یزد بر طبق نمودار سایکومتریک سیستم های تبخیری تا دمای ۳۷ الی ۳۸ درجه سانتیگراد محیط بیرون توانایی تامین درجه حرارت آسایش را با رطوبت زنی مناسب دارا می باشند. ولی از این درجه به بالا راندمان سرمایشی این سیستم به شدت پایین می اید
٣- عدم کنترل مناسب بر روی درجه حرارت فضا
 مد انتقال حرارت :
 ۱-همرفتی
۶- کولر با رادیاتور
 محاسن
 ١- هزینه اولیه و تعمیر و نگهداری پایین
معایب
1-قدرت سرمایش پایین مخصوصا برای فضاهایی که برای تجمع افراد در نظر گرفته می شوند
 ۲- زیبایی ظاهری پایین
 ۳- مشکلات فراوان نصب کولر ها ، به غیر مشکلات عدیده برای یافتن فضای نصب کولرها ، فضای زیادی از پشت بام را اشغال می کند
 ۴- عدم کنترل مناسب بر روی درجه حرارت فضا
 ۵- عدم کارایی در روزهای بسیار گرم
 ۶- گرم شدن مناطق نزدیک به شوفاژها و سرد ماندن فضاهای دورتر از آن ( پخش نا مناسب گرمایش در فضا )
مد انتقال حرارت :
1-همرفتی
2-تابشی
7-کولر با بخاری گازسوز
محاسن
١- هزینه اولیه و تعمیر و نگهداری پایین
معایب
1- قدرت سرمایش پایین مخصوصا برای فضاهایی که برای تجمع افراد در نظر گرفته می شود
2- زیبای ظاهری پایین
3- مشکلات فراوان نصب کولر ها ، به غیر از مشکلات عدیده برای یافتن فضای مناسب نصب کولرها ، فضای زیادی از پشت بام را اشغال می کند .
4- عدم کنترل بر روی درجه حرارت فضا
 5- آلودگی فضا به علت وجود بخاری گاز سوز درون فضا
 6- ورود لوله کشی گاز به فضای عمومی و خطرات مربوط به آن
 7- به علت وجود سرویس
های بهداشتی و ... بهره بردار مجبور به تهیه آبگرمکن برای تهیه آبگرم مصرفی ساختمان می باشد
8- گرم شدن بیش از حد مناطق نزدیک به بخاری و سرد ماندن فضاهای دورتر از آن ( پخش نا مناسب گرمایش در فضا )
مد انتقال حرارت :
۱-همرفتی
۲-تابشی
با توجه به توضیحات ارائه شده و فضای مورد استفاده بهترین روش استفاده از دستگاه چيلر و فن کویل میباشد.
چیلر ها دستگاه های سرمایشی مرکزی بوده و برای ساختمان های نسبتا بزرگ استفاده می شوند. نحوه کارکرد یک چیلر بدین صورت است که در آن از یک سیال در مدار بسته استفاده شده و بر اساس سیکل تبرید تراكم بخار و یا جذبی سیال را خنک کرده و بوسیله مبدل های حرارتی، برودت را به صورت کنترل شده به محیط مشخص انتقال می دهد. حرارتی که در این جریان بوجود می آید بوسیله دستگاه های جانبی مانند برج خنک کن ( در چیلر های تراکمی آب خنک ) به محیط باز پس فرستاده می شود. چیلر ها از نظر شیوه خنک کردن مایع به دو نوع چیلر های تراکمی و چیلر های جذبی تقسیم می گردند.
همچنین تقسیم بندی دیگر چیلر ها بر اساس شکل خنک کردن مایع مبرد به هوا خنک، آب خنک و تبخیری می باشد. در چیلر های تراکمی از انرژی برق و در چیلر های جذبی از انرژی های حرارتی و سوختی برای ایجاد برودت و سرما استفاده می شود.
چیلر ها بسته به نوع، برای محیط های مختلف کاربری دارند اما در تمامی سیستم ها هزینه اولیه تهیه دستگاه بسیار بالا بوده. اما دلیل استفاده از چیلر، جوابگویی بالای آن برای محیط های بزرگ مانند برج ها و ساختمان های بالای پنج طبقه بوده و پیچیدگی سیستم فقط در خود چيلر خلاصه شده و لوله کشی ها و دستگاه های داخلی ( فن کوئل ها و هواساز ها بسیار ساده هستند. چیلر ها دارای تابلو کنترل های بسیار مجهزی هستند که از PLC های اختصاصی استفاده می کنند و بدین شکل کنترل کل سیستم سرمایشی یک ساختمان به آسانی در دستان شماست. همچنین چیلر مطمئن ترین سیستم در بین سیستم های تهویه مطبوع بوده و همواره کارایی خود را در بدترین شرایط حفظ کرده و طول عمر بسیار بالایی نیز دارند. یک دستگاه چيلر در ساختمان های بزرگ بسیار با صرفه تر از واحد های کوچک داکت اسپلیت یا کولر گازی اها و سیستم های مشابه هستند و فضای بسیار کمتر و پیچیدگی کمتر تاسیسات را نیز به همراه دارند.
محاسن این سیستم با توجه به فضای کاربردی
- سیستم یکپارچه جهت سرمایش محیط های بسیار بزرگ
- حق انتخاب فراوان در مورد یونیت های داخلی ( فن کوئل ها)
- کنترل یکپارچه دستگاه و کنترل مجزای کوچکترین فضاها توسط دستگاه های الکترونیکی
 - فضای کم اشغال شده در ساختمان
- عدم پیچیدگی در تاسیسات داخلی ساختمان ها
 - قابلیت نصب ایر واشر و سیستم های تصفیه مرکزی هوا
- قابلیت نصب انواع ترموستات محیطی
 
شرکت فنی مهندسی فرنام انرژی