تهویه مطبوع به شکل دقیق عبارت است از تکنولوژی رساندن شرایط داخل به شرایط استاندارد یا آساش مطلوب . این شرایط می تواند شامل کیفیت هوا ؛ دما ، رطوبت یا فشار باشد. طراحی سیستم تهویه مطبوع را مهندسین مکانیک با استفاده از اصول ترمودینامیک ، مکاینک سیالات یا اصول انتقال حرارا انجام میدهد. در بیشتر مواقع از لغت تبرید نیز به جای تهویه مطبوع استفاده می شود.
استاندارد مرجع تهویه مطبوع در کشور آمریکا استانداردی به نام اشری است و به عنوان یک مرجع طراحی در کنار مباحث چهاردهم و شانزدهم در نظام مهندسی استفاده می شود. نر افزار محبوب محاسبه ای بارهای حرارتی و برودتی در بین مهندسین ایران ، نرم افزار بررسی ساعتی کریر است.
با رویکرد های مختلف میشود سیستم های تهویه مطبوع را طبقه بندی کرد . اط نظر کاربران یان نوع سیستم ها می توانند مرکزی ، مجزا و ترکیبی باشند .
از دیدگاه انرژی مصرفی می توان سیستم های تهویه مطبوع را در زمینه ی سرمایش به دو دسته ی زیر تقسیم بندی کرد:
از دیدگاه طرز خنک سازی کندانسور می توان سیستم های تهویه مطبوع را به دو سیستم تقسیم کرد:
از نظر سیال انتقال حرارت می توان دو دسته ی زیر را در نظر گرفت:
از نظر نوع انتقال سیال انتقال حرارت می توان
مولد سرمایی است و می تواند دارای کمپرسوری یا ژنراتور باشد.
چیلر جذبی با استفاده از یک ماده جاذب به نام لیتیوم بروماید و مبرد آب اقدام به سرد کردن آب می کند که در قسمت ژنراتور می توان با کمک مشعل و به صورت شعله مستقیم یا به کمک لوله های بخار یا آب به رطوبت گیری لیتیوم بروماید اقدام کرد. این چیلر ها آب خنک هستند و با استفاده از برج خنک کننده کندانسوري آنها خنک می شود.
چیلر کمپرسوری می تواند با کمپرسور اسکرو یا اسکرال سیکل تبرید را به نوعی کامل می کند . چیلر تراکمی سانتریفیوژ نیز در این دسته بندی قرار می گیرند و شامل انواع سانتریفیوژ با پروانه ی تک مرحله ای، سانتریفیوژ با پروانه ی دو مرحله ای و توربوکر هستند. کندانسور این نوع از چیلر ها آب یا هوا را خنک می کنند.
نوعی مولد گرما است و با استفاده از گاز طبیعی و مشعل آب گرم مورد نیاز را تولید می کند. پکیج های گرمایشی از انواع مستقل و کوچک سازی شده این بویلر ها هستند و دیگ های چدنی برای ساختمانهای اداری مسکونی با متراژ متوسط کارایی دارند.
فن کویل واحد توزیع برودتی و حرارتی است که با استفاده از لوله های آب متصل به کویل و فن های چند حالته سرعت کار می کند.
هواساز یک جعبه کاملا بزرگ است که دارای بخش های مختلفی است که وظیفه آن انجام عملیات از جمله حفظ کیفیت هوا با فیلتر کردن سرمایش ، گرمایش ، رطوبت زنی یا رطوبت گیری ، بازیافت انرژی و تغییرات فشار را برعهده دارد . هوارسان می تواند به چیلر، بویلر یا کندانسینگ یونیت متصل شود.
کولر گازی از دو بخش یونیت خارجی شامل کمپرسور، کندانسور به همراه فن و لوله مویین یا شیر انبساط و یونیت داخلی شامل اواپراتور و فن اواپراتور و بدنه تشکیل شده است که با استفاده از لوله های مسی رفت و برگشت اتصال بین دو یونیت برقرار می شود. می توان از اسپلیت دیواری که به سیستم دی ایکس( (DX نیز شناخته می شود و با استفاده از انرژی برق به تولید برودت و حرارت میپردازد.
نوع دیگر اسپلیت دیواری است با این تفاوت که یونیت داخلی به شکل فن کویل سقفی توکار تعبیه شده است و هوا پس از سرد شدن از طریق کانال و دریچه به فضاهای مختلف می رسد. می توان در جلوی اسپلیت کانالی کویل گرمایی نصب و آنرا به سیستم گرمایش گازسوز مرکزی-مستقل متصل می کند تا بتوان در زمستان با انرژی گاز طبیعی گرمایش واحد را تامین کرد.
وی آر اف ترکیبی از یکسری یونیت های داخلی دیواری، کاستی یا کانالی به همراه یونیت های خارجی مرکزی است که برای پروژه متراژ متوسط کاربرد دارد. از این رو که هر واحد داخلی به یک یونیت خارجی متصل نمی شود و چند یونیت داخلی به یک یونیت خارجی متصل می گردند.
تهویه مطبوع یکی از برجسته ترین اختراعات بشر مدرن است. انجام عملیات مختلف به روی هوا جهت تامین آسایش یا ایجاد شرایط طرح و مورد نظر از عوامل کلیدی زندگی مدرن به شمار می آید. بدون استفاده از سیستم تهویه مطبوع، بسیاری از ساختمانهای امروزی بی استفاده می شدند. تهیه مطبوع مطبوع کمک های فراوانی به زندگی در مناطق غیر قابل سکونت نموده است و به طور محسوس در پراکندگی جعرافیایی جمعیت کشورها تاثیر داشته است. جالب است بدانیم که تهویه مطبوع در بیمارستانها باعث نجات جان بسیاری از بیماران گردیده است و میزان مصرف آنتی بیوتیک بعد از عمل و در دوره ی بهبودی را به طرز چشمگیری کاهش داده است. تهویه مطبوع و اتاقهای تمیز در صنعت داروسازی با تاثیر مستقیم در تولید انواع دارو در راستای بهبود سلامت بشر گام نهاده است. به جرات می توان گفت که بدون استفاده از تهویه مطبوع دیتا سنتر ها و متعاقب آن اینترنت قابلیت عملکردی نداشت. در ادامه نگاهی مختصر در خصوص اتفاقات تاریخی و اختراع تهیه مطبوع مپیردازیم.
برجسته ترین دانشمندی که شروع به نظریه پردازی در این خصوص نمود آقای سعدی کارنو بود که سیکل کارنو را در سال 1890 تئوریزه کرد اگرچه دانشمندان زیادی قبل از ایشان کمک زیادی به پیشرفت علم کرده بودند ولی نقش کارنوی فرانسوی غیر قابل انکار است.
از نظر تاریخی و بر اساس اشری می توان تاریخ های مهم را به شرح زیر بر شمرد:
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
در سال 1840 مخترع و فیزیکدان اهل فلوریدای آمریکا ایده ی خنک سازی شهرها و اماکن را جهت جلوگیری از مضرات درجه حرارت بالای محیط مطرح نمود. دکتر جان گوری معتقد بود که سرمایش کلید اصلی مقابله با بیماری مالاریاست و باعث می شود که بیماران راحت تر باشند. اما در آن برهه زمانی ایده ی ایشان مستلزم آوردن یخهای شمال آمریکا به فلوریدا بود که این امر امکان پذیر نبود.
علاوه بر این چالش لجستیکی پر هزینه، دکتر گوری شروع به تحقیقاتی پیرامون نظریه سرمایش مصنوعی نمود. او یک ماشینی طراحی کرد بود که با کمپرسوری که توسط اسب، باد یا آب کار می کرد بتواند یخ تولید کند و پتنت ساخت آن را در سال 1851 ثبت نمود. اگرچه ایشان نتوانست ایده ی خود را تجاری سازی نماید و با مرگ پشتیبان اصلی مالی اش همه چیز متوقف گردید ولی اختراع و ایده ی اصلی ایشان پایه گذار تهویه مطبوع و تبرید مدرن گردید.
ایده ی سرمایش مصنوعی برای سالهای متمادی به پستو رفت تا اینکه مهندس جوانی به نام ویلیس کریر در سال 1902 در شرکت بوفالو فورج مشغول به کار شد. آقای کریر به روی حل مشکل رطوبت شرکت چاپخانه و لیتوگرافی ساکت ویلمز متمزکر بود چراکه رطوبت باعث می شد تا صفحات مجلات چین دار شوند.
پس از تحقیقات طولانی آقای کریر یک سیستمی را طراحی کرد که قادر بود با استفاده از دستگاهای کویل های سرمایشی رطوبت را کنترل کند. پتنت ساخت این دستگاه با نام دستگاهی برای عملیات به روی هوا که می تواند رطوبت گیری یا رطوبت دهی انجام دهد ثبت گردید. هماهنطور که او به آزمایش و بهینه سازی فن آوری خودش ادامه می داد، توانست پتنت ساخت سیستم کنترل اتوماتیک رطوبت و دمای هوا را در صنعت نساجی ثبت کند.
طولی نکشید تا آقای کریر متوجه شد که می تواند با کنترل رطوبت و تهویه مطبوع به روی تمامی صنایع تاثیر گذار باشد که در نتیجه از شرکت بوفالو فورج استعفا داد و به همراه ۶ مهندس دیگر شرکت مهندسی کریر را بنا نهاد.
در نمایشگاه جهانی سنت لويیس سال 1904، برگزار کنندگان نمایشگاه از تبرید مکانیکی برای سرمایش ساختمان ایالتی میسوری استفاده کردند. سیستم از 35000 سی اف ام هوا استفاده می کرد تا 1000 صندلی سالن اجتماعات، ساختمان گنبدی و دیگر فضاها را خنک سازد. این اولین باری بود که یک فضای عمومی در معرض تهویه مطبوع قرار می گرفت. پیشرفت بزرگ در صنعت تهویه مطبوع هنگامی در سال 1920 صورت گرفت همان زمان که مردمان آمریکا برای تماشای فیلم های ستاره های هالیوود به سالنهای سینما هجوم می آوردند جالب است بدانیم همزمانی پیشرفت صنعت سینما و تهویه مطبوع در کشور آمریکا هنگامی رخ داد که دیگر صنایع درگیر رکود بزرگ بعد از جنگ جهانی اول بودند. سیستم های اولیه تهویه مطبوع سالنهای سینما عاری از ایراد نبود چراکه اساسا از سیستم های گرمایشی که با مبرد تغییر یافته بود استفاده می کردند تا از طریق ونت ها هوای سرد را توزیع کنند که این سیستم باعث می شد هوای سطوح بالاتر گرم و کثیف باشد و هوای سطوح پایین تر تا حدی سرد می شد که در برخی مواقع شرکت کنندگان مجبور می شدند تا پاهای خود را روزنامه پیچ کنند تا گرم بماند. در سال 1922 شرکت مهندسی کریر اولین سیستم سرمایشی استاندارد را برای سالن نمایش متروپولیتن در شهر لس آنجلس پیاده سازی نمود که قادر بود هوای سرد را در تمام سطوح ساختمان به طور مناسب و همزمان با کنترل دما و رطوبت توزیع نماید.
در ماه مه 1922 شرکت کریر یک سیستم جدید مجهز به چیلر سانتریفیوژ را جهت سالن نمایش ریولی در شهر نیویورک ارائه نمود. با افزایش کاربرد سیستم های تهویه مطبوع هزینه اولیه تولید کاهش یافت و این سیستم ها در سرتاسر کشور آمریکا مورد استفاده قرار گرفت.
علی رغم پیشرفت در فن آوری های سرمایشی، این سیستمها برای خانه ها بسیار بزرگ و گران قیمت بودند. شرکت فریجیدر در سال 1929 یک دستگاه اسپلیت را جهت خنک سازی منازل مسکونی معرفی نمود. این دستگاه کوچک به اندازه ی یک رادیو کابینتی بود ولی سیستم وزن زیادی داشت، گران قیمت بود و یک کندانسور مجزا نیز نیاز داشت. شرکت جنرال الکتریک طراحی ها را توسعه داد و یک کولر یکپارچه ی پنجره ای درست کرد ( از سال 1930 تا 1931 سی و یک دستگاه نمونه مشابه تولید کردند).
در همان زمان مهندسین شرکت جنرال موتور مبرد کلروفلوئورو کربن را ساختند که به عنوان اولین مبرد غیر قابل اشتعال به طور مداوم باعث بهبود عملکرد و ایمنی دستگاههای تهویه مطبوع گردید. اگرچه این مواد شیمیایی در سالهای بعد بخاطر ضرری که برای لایه ازن داشتند به وسیله ی پروتوکل مونترال سال 1990 از رده ی تولید و استفاده خارج گردید. مبرد هیدرو فلوئورو کربن که با لایه ازن سازگار بود محبوب شد ولی امروزه نام این مبرد نیز با تغییرات آب و هوایی گره خورده است.
مهندسی به نام هنری گلسون دستگاه کولر پنجره ای را توسعه داد و توانست قیمت تمام شده ی آن را کاهش دهد تا در سال 1947 در حدود 43000 دستگاه کولر پنجره ای خانگی به فروش رسید و ساکنین منازل از تهویه مطبوع بدون پرداخت هزینه گزاف بهره مند گردیدند.
در اواخر دهه 1960 بیشتر خانه های پیشرفته در کشور آمریکا به سیستم های تهویه مطبوع مرکزی یا مستقل مجهز شده بودند و مردم توانستند در ایالتهایی که آب و هوای گرمی دارند از جمله آریزونا و فلوریدا سکونت داشته باشند.
با افزایش تقاضا در استفاده از سیستم های تهویه مطبوع و در دهه 70 میلادی، بحران انرژی در جهان رخ داد. در پاسخ به این بحران، قانون گزارهای ایالت متحده آمریکا قوانینی را به تصویب رساندند که تولید کنندگان تهویه مطبوع را ملزم به رعایت استاندارد های بهینه سازی مصرف انرژی برنامه ی استانداردهای تجهیزات و اقلام گردیدند.
از سال 1992 دپارتمان انرژی ایالت متحده آمریکا استاندارد جامعی را برای تولید کنندگان دستگاههای تهویه مطبوع خانگی و هیت پمپها منتشر نمود. پیش بینی می شود که این استاندارد در بازه زمانی 1993 تا 2023 بتواند 29 میلیارد دلار در قبوض انرژی صرفه جویی نماید. استانداردی که در سال 2006 تصویب گردید نیز می تواند 70 میلیارد دلار را در بازه ی سالهای 2006 تا 2035 در قبوض ذخیره نماید و همچنین از انتشار 369 تن دی اکسید کربن در سال که معادل 72 میلیون ماشین می باشد جلوگیری می نماید.
نتایج این قوانین منجر به گسترش و توسعه بهینه سازی مصرف انرژی گردید به طوری که می توان گفت تجهیزات امروزی نسبت به سال 1990 تا 50 درصد کمتر انرژی مصرف می کنند.
مراجع:
https://www.energy.gov/articles/history-air-conditioning
چرا تعمیر کولر گازی از اهمیت زیادی برخوردار است؟ دوره و زمانه های کولرهای آبی و مدام تا بالای پشت بام رفتن ...
تهویه مطبوع چیست؟ تهویه مطبوع به طور دقیق عبارت است از فن آوری رساندن شرایط طرح داخل به شرایط استاندارد یا آسایش ...
تاسیسات چیست؟ در دنیا ی امروز تامین آسایش بشر یکی از اهدف اصلی است به همین دلیل نقش تاسیسات مکانیکی به عنوان ...
تأسیسات مکانیکی ساختمان شامل مجموعه ای از سازه ها و اجزایی است که ساختار سیستم های داخلی ساختمان را جهت بهبود سطح آسایش ...