همه چیز درمورد ساختار و کاربرد هواساز ها

هواسازها (Air Handling Units) که به اختصار AHU نامیده میشوند، یکی از مهم‌ترین تجهیزات تهویه مطبوع هستند که به تنظیم دما، رطوبت و فراهم نمودن هوایی تمیز در ساختمان‌های متوسط تا بزرگ مسکونی، اداری، تجاری و واحدهای صنعتی می‌پردازند. در این مقاله ساختار، عملکرد، کاربردها و هر آنچه لازم است درباره هواسازها بدانید را به طور کامل شرح می‌دهیم. پس تا انتهای مطلب با ما همراه شوید.

کاربرد هواساز

هواسازها برای کنترل یک یا چند مورد از پارامترهای زیر در ساختمان مورد استفاده قرار میگیرند. در واقع نقش یک هواساز تهویه و توزیع هوای مطبوع، سالم و با کیفیت در ساختمان، سالن، مراکز اداری، هتل ها و... به منظور دستیابی به کیفیت رضایت‌بخش شرایط آسایش ساکنان (شامل دما؛ رطوبت و فیلتراسیون هوا) است.

تنظیم دما
تنظیم رطوبت
تأمین هوای تازه
جابجایی هوا
پاکسازی هوا

همه چیز درمورد ساختار و کاربرد هواساز ها

اجزای هواساز

هواسازها از تعدادی تجهیزات و بخشهای مختلفی تشکیل شده اند که عمدتاً شامل بدنه، کویل های سرمایشی و گرمایشی، فن هوادهی، تجهیزات رطوبت زنی و رطوبت زدایی، دمپرهای هدایت کننده (دیفیوزر)، جعبه اختلاط (mixing box) (که هوای بیرون را با هوای برگشتی از ساختمان ترکیب میکنند)، فیلترهای تصفیه هوا، الکتروموتور، تضعیف کننده‌های صدا (با نصب لرزه گیر ها در کانال‌های خروجی و توزیع هوا، سنسور ها و استراکچر) هستند. این اجزا در ادامه به تفصیل مورد بررسی قرار میگیرند.

نحوه عملکرد هوا ساز

در هواسازها رطوبت اضافی هوا توسط کویل‌های سرمایشی که خنکی خود را از چیلر تأمین می‌نمایند، از هوا گرفته می‌شود و پس از اینکه هوای تهویه شده تا دمایی پایین‌تر از نقطه شبنم خود خنک میگردد، بیشتر رطوبت موجود در هوا روی سطوح کویل سرمایشی تقطیر شده و از محیط حذف میشود. در برخی هواسازها رطوبت‌زن هایی نصب شده است تا میزان رطوبت هوا را افزایش دهند، هرچند که این گونه هواسازها در ساختمانهای امروزی و با عملکرد بالا به دلیل مصرف انرژی و هزینه های زیاد بسیار کم مشاهده می‌گردند.

گرمایش مورد نیاز ساختمان در هواسازها، اغلب توسط کویل‌های گرمایشی و آب گرم درون کویل از بویلرهای سیستم حرارت مرکزی ساختمان، تأمین میشود. در برخی از ساختمان‌های قدیمی از کویل های الکتریکی در هواساز‌ها استفاده می‌شود اما در ساختمان‌های امروزی به علت مصرف برق بالا، استفاده از کویل های الکتریکی برای تأمین گرمایش منسوخ گردیده است.

انواع هواساز

بطور کلی هواسازها از نظر عملکرد شامل دو نوع هواساز با حجم هوای ثابت Constant Air Volume) CAV) و هواساز با حجم هوای متغیر Variable Air Volume) VAV) در انواع افقی و عمودی تولید می‌شوند.
حجم هوای ورودی در هواسازهای با حجم هوای متغیر بر اساس مقدار سرمایش و گرمایش مورد نیاز تنظیم میگردد و مصرف انرژی فن و اتلاف انرژی مربوط به بازگرمایش (Reheat) را در زمان تداخل سیستم گرمایشی و سرمایشی کاهش می‌دهد.

عکس هواساز

برای ساختمان‌های اداری با بارهای تهویه مطبوع متغیر بر اساس فصل و حضور افراد، در صورتی که هواسازهای با حجم هوای متغیر (VAV) به درستی نصب و اجرا شوند، بسیار کارآمدتر از هواسازهای با حجم هوای ثابت هستند. درست است که بیشتر ساختمان‌های اداری مدرن توسط هواسازهای حجم متغیر تهویه میشوند، اما گاهی به دلیل طراحی ضعیف، عدم فرماندهی و بهره برداری صحیح و حتی نگهداری نامناسب با اتلافات انرژی زیاد فعالیت میکنند. نتیجه نهایی این که بسیاری از سیستم‌های با حجم هوای متغیر مانند سیستمهای با حجم هوای ثابت عمل میکنند و موجب اتلاف انرژی و عدم آسایش ساکنان می‌گردند.

نحوه کنترل سرمایش، گرمایش و مصرف برق هوا ساز

یکی از روشهای رایج در کنترل سرمایش و یا گرمایش خروجی از هر هواساز، نصب شیر موتوری کنترلی سهراهه در ورودی جریان آب سرد چیلر به کویل سرمایشی یا آب گرم بویلر به کویل گرمایشی هواساز همراه با مسیر bypass است. ترموستات فرمان این شیرهای موتوری، در داخل فضاهای مورد نظر ساختمان یا حتی کانالهای توزیع هوایی هواساز نصب میگردد.

مصرف انرژی الکتریکی یک هواساز عمدتاً مربوط به الکتروموتور فن تأمین کننده هوای ورودی و همچنین فن هوای برگشتی در ساختمان‌های بزرگتر است. همچنین هواسازها تأثیر قابل توجهی بر روی مقدار انرژی مصرفی توسط سایر تجهیزات تهویه مطبوع از قبیل چیلرها، بویلرها و رطوبت‌زن های نصب شده در ساختمان دارند، چرا که عملکرد نامناسب هواسازها تقاضای تهویه را افزایش میدهد. طراحی، بهره برداری و نگهداری صحیح برای فعالیت کارآمد هواسازها و واحدهای در ارتباط با آنها در ساختمان و پروژه کاملاً مهم و ضروری هستند.

محل نصب هواساز ساختمانی

هواسازها معمولاً در زیرزمین، پشت بام یا در داخل واحد های یک ساختمان قرار میگیرند. هواسازها گاهی منطقه خاصی از یک ساختمان را تهویه میکنند. به عنوان نمونه ممکن است بخش شرقی یا طبقات 1 الی 10 یک ساختمان را تهویه کنند و یا تنها به هدف تهویه سرویس‌های بهداشتی ساختمان به کار گرفته شوند. بنابراین، بسیار متداول است که در یک ساختمان چندین هواساز را در کنار هم مشاهده نماییم ولی چنانچه از هواساز برای سرویس‌های بهداشتی استفاده می‌گردد، باید دستگاه مربوطه فقط برای سرویس های بهداشتی به صورت اختصاصی مورد استفاده قرار گیرد و هوای آن با هوای دیگر قسمت‌های ساختمان مخلوط نشود.

محل نصب هواساز

محل قرارگیری هواساز در ساختمانها

برخی ساختمان‌ها، به خصوص ساختمان‌های قدیمی و بلند مرتبه تنها دارای یک هواساز بزرگ هستند که معمولاً بر روی پشت بام نصب شده و بجز سرویس‌های بهداشتی و حمام‌ها تمام نواحی ساختمان را پوشش می‌دهد. در طراحی های قدیمی ممکن است این هواسازها دارای کانال هوای برگشتی نباشد، در این هواساز‌ها تنها به نشتی هوا از ساختمان اکتفا می‌کنند. این طراحی به دلیل ناکارآمد بودن آن در ساختمان‌های جدید مرسوم نیست و امروزه استفاده از چندین هواساز کوچکتر برای تأمین هوای نواحی متفاوت در ساختمان متداول تر است. با توجه به اینکه امروزه ساختمان‌ها نسبت به گذشته مجاری خروج هوای بسیار کمتری دارند، بنابراین نیاز است که از کانالهای هوای برگشتی به هواساز برای تنظیم فشار هوای درون ساختمان استفاده گردد.

درون یک هواساز (Air Handling Unit) چه میگذرد؟

همان گونه که گفته شد، هواساز (AHU) هوا را تهویه کرده و آن را درون یک ساختمان توزیع مینماید. آنها معمولاً 20 درصد از حجم هوای مورد نیاز را از محیط بیرون دریافت کرده، و پس از فیلتراسیون و ترکیب با 80 درصد هوای برگشتی از ساختمان آنرا گرم یا سرد میکنند. حتی ممکن است هوا را رطوبتزنی کرده و سپس از طریق کانالها آن را به نواحی طراحی شده درون ساختمان انتقال دهند. معمولاً هواسازهای هایژنیک یک داکت اضافی برای خارج کردن هوای استفاده شده از درون اتاق‌ها دارند که این هوا را به کمک یک فن به اتمسفر تخلیه میکنند. در هواساز های هیت ریکاوری بخشی از این هوای برگشتی ممکن است به منظور صرفه جویی در مصرف انرژی به سمت هوای تازه ورودی برگشت داده شود و در طبقه فوقانی باکس هواساز در تبادل حرارت با هوای تازه ورودی قرار گیرند.

داخل هواساز

نمایی از درون یک هواساز

نحوه عملکرد هواساز و تجهیزات موجود در آن در تصویر زیر قابل مشاهده هستند. درادامه نیز به بررسی عملکرد هواسازها میپردازیم و نگاهی به مهمترین اجزا در ساختار هواسازها خواهیم انداخت.

شماتیک هواساز

نمایش شماتیک نحوه عملکرد هواساز

بدنه (Housing) هواساز

در مدل ابتدایی هواساز دو محفظه (Housing) برای جریان هوای تازه و هوای برگشتی وجود دارد. دقیقأ جلوی ورودی و خروجی هر محفظه برای جلوگیری از ورود اشیا و حیوانات به درون اجزای مکانیکی درون هواساز توریهایی تعبیه شده است. همانگونه که در تصویر زیر مشاهده میشود، در صورت فقدان توری ممکن است مقدار زیادی مواد معلق در هوا در ورودی هوای هواساز انباشته گردد و این موضوع اهمیت قرارگیری توری در ورودی و خروجی هواساز را نشان میدهد.

خرابی هواساز

توری مسدود شده محفظه ورود هوا

از نکات قابل توجه در زمان خرید هواساز، بدنه آن است و توجه دو نکته در آن حائز اهمیت است. یکی ضخامت ورق بدنه هواساز و دیگری موضوع هوابندی و سیل (Seal) بودن قسمت‌های مختلف آن از نظر عدم وجود درزهای باز و عبور هوا از لابلای پیچ و مهرهها و المانهای بدنه هواساز است.

دمپر (Dampers) هوا ساز

در ورودی محفظه هوای تازه و محفظه تخلیه هوای برگشتی هوا سازها دمپرهایی (Dampers) قرار دارند. این دمپرها متشکل چندین صفحه فلزی هستند که قابلیت چرخش و تغییر زاویه دارند. آنها میتوانند بر اساس فرمان موتور دمپر و یا به صورت دستی برای ممانعت از ورود و یا خروج هوا تنظیم و یا حتی بسته شوند، همچنین دمپرها میتوانند کاملاً باز شوند تا به هوا امکان ورود یا خروج حداکثری را بدهند. دمپرها با قرار گیری حالت میانی (بین وضعیت بسته و باز بودن) نیز به منظور محدود کردن مقدار هوای ورودی یا خروجی می پردازند.

دمپر هواساز

نمایش شماتیک دمپرها در هواساز

فیلترهای (Filters) هواساز

درون هر هوا ساز فیلترهای مختلفی تعبیه شده است. فیلترهای هواساز با هدف به دام انداختن و جذب تمام آلودگی ها،ذرات معلق در هوا، گرد و غبار و جلوگیری از ورود آن ها به هواساز و هوای ساختمان قرار گرفته اند. اگر این فیلترها وجود نداشته باشند، گرد و غبار وارد شبکه داکت ها و تجهیزات مکانیکی شده و در دراز مدت به آن ها آسیب می زند. همچنین در نهایت وارد ساختمان می گردد و علاوه بر آلوده کردن محیط داخل ساختمان از طریق تنفس به ساکنین منتقل می شود، بنابراین تا حد امکان باید از این اتفاق جلوگیری به عمل آید. در طول شبکه فیلترها، یک سنسور فشار قرار دارد. این سنسور میزان آلوده بودن فیلترها را اندازهگیری می کند و در واقع زمان تعویض فیلترها را مشخص می‌کند و این امر بدین صورت انجام می‌شود که به هنگام حذف آلودگی توسط فیلترها، مقدار هوای در گردش محدود شده و این مسأله موجب افت فشار هوای عبوری از فیلترها می گردد. در ساختار هواساز عمدتاً تعدادی فیلتر پنل گونه (Panel Filters) یا پیش فیلتر (Pre-filters) برای به دام انداختن ذرات بزرگتر معلق گرد و غبار وجود دارد. در نهایت نیز تعدادی فیلتر کیسه ای (Bag Filters) برای جداسازی و جذب ذرات کوچکتر گرد و غبار قرار گرفته است.

فیلتر هوساز

نمایش شماتیک فیلترها در هواساز

کویلهای گرمایشی و سرمایشی (Heating and Cooling Coils) هواساز

بخش مهم دیگری که در دستگاه هواساز وجود دارد کویل های گرمایشی (Heating Coils) و کویل های سرمایشی (Cooling Coils) هستند که برای گرمایش و سرمایش هوا تعبیه شده اند.

کویل های مورد نیاز سرمایش و گرمایش در هر هواساز از 6 نظر باید دقیقاً محاسبه و اجرا گردد:

سطح حرارتی یا برودتی
تعداد پره (فین) در اینچ
تعداد ردیف‌ها و قطر کویل ها
جنس کویل
نوع کویل (با آب سرد یا مبرد؟)
افت فشار جریان سیال در کویل ها

دمای هوای ورودی به کانال‌های توزیع هوا پیش از خروج از هواساز اندازهگیری می شود و وارد شبکه داکت ها می شود. برای حفظ شرایط آسایش داخلی درون ساختمان باید یک دمای از پیش طراحی شده در نظر گرفته شود، که دمای تنظیم شده (Set Point) یا شرایط طرح داخل نامیده می شود. اگر در زمستان دمای هوای داخل پایین تر از این مقدار باشد، به منظور افزایش دمای هوا و به وسیله شیر موتوری سه راهه، جریان آب گرم بویلر به کویل گرمایشی افزایش می‌یابد و دمای هوا به مقدار تنظیم شده می رسد. و همچنین اگر در تابستان دمای هوای داخل خیلی بالا باشد، با افزایش جریان آب سرد چیلر به کویل های سرمایشی دمای هوای داخل ساختمان تا دمای تنظیم شده کاهش می‌یابد. کویل ها در واقع مبدل های حرارتی هستند، که درون آن ها آب (مایع) سرد یا گرم، (آب گرم موجود در بویلر موتورخانه یا آب خنک شده در چیلر) و یا حتی ماده مبرد یا بخار جریان دارد.

کویل هواساز

نمایش شماتیک کویلهای گرمایشی و سرمایشی در هواساز

فن های (Fans) هوا ساز

در ساختار هواسازها پس از کویل های گرمایشی و سرمایشی یک یا چند فن هوادهی قرار دارد. وجود این فن‌ها به منظور مکش هوا از فضای بیرون و عبور آن از میان دمپرها، فیلترها و کویل ها و در نهایت انتقال هوای تهویه شده به درون شبکه کانال های ساختمان ضروری است.
غالباً از فن های سانتریفیوژ (Centrifugal Fans) در هواسازها استفاده می‌شود اما امروزه در هواسازها فن های EC (Electronically Commutated Fans) نصب می شوند و همچنین به منظور افزایش بازده انرژی در سیستم های قدیمی نیز جایگزین می شوند. در مسیر هوای خروجی از فن، یک سنسور فشار تعبیه شده است، که فعالیت آن را ثبت می نماید. اگر فن در حال فعالیت است، یک اختلاف فشار ایجاد می کند و از این اختلاف فشار به منظور تشخیص خرابی تجهیزات هواساز و هشدار به مهندسان و اپراتورهای تأسیسات ساختمان استفاده می گردد.

همچنین در بسیاری از سیستم ها یک سنسور فشار داکت بلافاصله پس از فن قرار می گیرد، این سنسور فشار استاتیکی داکت را اندازه می گیرد و در برخی هواسازها سرعت فن و فشار هوای درون داکت کنترل می شود، بنابراین در اغلب موارد و در سیستم های حجم متغیر (VAV) یک محرک سرعت متغیر به الکتروموتور فن هوادهی متصل می گردد.

فن هواساز

نمایش شماتیک فن تأمین کننده هوای ورودی در هواساز

کانالهای هوای (Ductwork) هواساز

در ساختار هوا ساز بعد از فن هوادهی، کانال های هوا یا داکت ها (Ductwork) تعبیه شده است که هوای خروجی از هواساز را به نواحی طراحی شده درون ساختمان منتقل می کنند. همچنین کانال هایی برای خروج هوای استفاده شده از درون ساختمان به بخشی از هواساز وجود دارد. محاسبه و اجرای کانال های هوا جهت انتقال صحیح هوای رفت، برگشت و اصولاً تخلیه هوای ساختمان ها نقش بسیار مهمی دارند و لازم است ابعاد، زاویه تغییر مسیر، شعاع قوس داخلی، سرعت عبور هوا و ... محاسبه شوند. لازم است تمامی مسیرهای اصلی و فرعی رفت و برگشت هوا در کانال ها، بر اساس محاسبات دقیق مهندسی و با استفاده از داکتیلاتور و بر مبنای یکی از روش های محاسباتی طراحی گردد. همچنین این طراحی صرفاً و لزوماً توسط مهندسین باتجربه تأسیسات انجام می‌گردد.

کویل های پیشگیری از یخ‌زدگی (Frost Protection Coils)

در نواحی سردسیر که در فصول سرد سال دمای هوا به نقطه انجماد یا نزدیکی آن می رسد، یک پیش گرمکن (Pre-heater) در ورودی هوای تازه هواساز قرار می دهند که معمولاً یک گرمکن (هیتر) الکتریکی است. زمانی که هوای بیرون به حدود 6 درجه سلسیوس (42.8 درجه فارنهایت) می رسد این گرمکن شروع به کار می کند و برای محافظت از تجهیزات داخلی هواساز در برابر انجماد هوا را گرم می نماید. در غیر این صورت کویل های گرمایشی و سرمایشی داخلی ممکن است یخ بزنند و بترکند!

کویل پیشگیری از یخ زدگی

نمایش شماتیک کویلهای پیشگیری از یخزدگی در هواساز

سیستم رطوبت زن (Humidifier) هوا ساز

در برخی ساختمان ها باید رطوبت هوایی که وارد ساختمان می شود را کنترل نمود. به همین منظور سنسورهای رطوبت در مجاورت هوای ورودی و خروجی هواساز تعبیه شده است تا میزان رطوبت هوای انتقالی به فضاهای ساختمان را کنترل کنند. در هنگام طراحی یک مقدار مشخص (Set point) برای میزان رطوبت هوای ورودی در نظر گرفته می شود و اگر مقدار رطوبت هوا کمتر از این مقدار باشد، لازم است در مراحل پایانی فرآیند تهویه هوا در هواساز، به کمک یک رطوبت زن (Humidifier) رطوبت به هوا تزریق شود. فرآیند رطوبت‌زنی در هواساز‌ها معمولاً با اضافه کردن بخار یا اسپری کردن آب، انجام می‌گیرد.

سیستم رطوبت زن هواساز

نمایش شماتیک سیستم رطوبت زن در هواساز

همچنین اگر رطوبت هوای ورودی بیشتر از مقدار تعیین شده در طراحی پروژه باشد، این رطوبت اضافی توسط کویل سرمایشی کاهش می یابد. کاهش رطوبت هوا بدین صورت انجام می‌گیرد که با عبور هوا از روی کویل سرمایشی هواساز، سطح سرد کویل موجب چگالش رطوبت موجود در هوا شده و آن را جذب می کند. به همین منظور یک سینی تخلیه (Drain Pan) در زیر کویل سرمایشی برای جمع آوری آب تقطیر شده تعبیه شده است. کویل سرمایشی می تواند با دفع حرارت بیشتر برای کاهش بیشتر میزان رطوبت مورد استفاده قرار گیرد، اما این کار دمای هوا را به زیر دمای تنظیم شده می رساند و در این حالت کویل گرمایشی نیز روشن می گردد تا دما را بالا ببرد. با این که این کار عملی است اما بسیار انرژی بر است به همین دلیل توصیه نمی‌شود.

رطوبت زدایی هواساز

نمایش شماتیک عمل رطوبت زدایی به کمک کویلهای سرمایشی در هواساز

اکونومایزر هوا (Air Economizer) هواساز

در مدل های متداول هوا ساز یک داکت متصل کننده (duct sit) بین خروجی هوا و ورودی هوای تازه وجود دارد. داکت منتقل کننده این امکان را فراهم می کند که بخشی از هوای خروجی دوباره به سمت ورودی هوای تازه بازگردانده شود و مجدداً مورد استفاده قرار می‌گیرد. این کار ایمن و سالم است اما لازم است از کم بودن میزان دی اکسید کربن در هوای خروجی اطمینان حاصل کرد، به همین منظور چند سنسور دی اکسید کربن برای نشان دادن مقدار آن در هوای خروجی تعبیه شده است. اگر سطح دی اکسید کربن بالا باشد، هوا نمی تواند مجددأ مورد استفاده قرار گیرد، بنابراین دمپرهای ترکیب کننده بسته شده و تمام هوای برگشتی به خارج از ساختمان هدایت می گردد. در حالت بازگردش هوای استفاده شده، دمپرهای اصلی ورودی و خروجی کاملاً بسته نمی شوند چرا که در این صورت نیز به مقداری هوای تازه برای ورود به ساختمان نیاز داریم. به منظور تنظیم هواساز برای زمستان توجه کنید که از این امکان در فصل زمستان، زمانی که هوای برگشتی از هوای خارج گرم تر است و در فصل تابستان زمانی که هوای برگشتی خنک تر از هوای خارج است و با توجه به دمای تنظیم شده هوای ورودی استفاده می گردد. به همین منظور تعدادی سنسور دمایی در نواحی ورودی، برگشتی و درست پس از محل اختلاط قرار می دهند. برخی ساختمان ها به هوای 100% تازه نیاز دارند (در اماکنی مثل بیمارستان ها) به همین دلیل این استراتژی در همه جا قابل به کارگیری نیست.

اکونومایزر هوا

نمایش شماتیک اکونومایزر هوا در هواساز

مبدلهای حرارتی صفحه های (Plate Heat Exchangers) هواساز

آخرین تجهیزی که در برخی از هواسازها به کار گرفته می شود و به آن می پردازیم مبدل های حرارتی صفحه ای (Plate Heat Exchangers) هستند. در این حالت از ورق های نازک فلزی برای جداسازی دو جریان هوا استفاده می کنند تا آن ها با هم تماس نداشته باشند یا مخلوط نشوند. اختلاف دمای بین دو جریان هوا موجب انتقال حرارت از جریان خروجی و از طریق دیواره های فلزی مبدل حرارتی به جریان هوای خنک ورودی می گردد.

مبدل حرارتی هواساز

نمایش شماتیک مبدل های حرارتی صفحه ها در هواساز

دمـاتجهیــز؛ بررسی، انتخاب و قیمت تجهیزات تأسیسات

سخن پایانی

در سایت مجموعه تخصصی دماتجهیز (اولین و معتبرترین مرجع خرید اینترنتی تجهیزات تأسیسات ساختمان) می‌توانید مشخصات فنی هزاران محصول از جمله انواع هواساز ها را مشاهده نمائید. با ارائه خدمات پس از فروش، گارانتی معتبر و قیمت مناسب از انتخاب خود اطمینان حاصل نمائید. در صورت داشتن هرگونه پرسش در زمینه انتخاب و خرید انواع هواساز های کوچک و بزرگ حجم ثابت و حجم متغیر در ساعات اداری از طریق شماره‌ تلفن: 88822550-021 با کارشناسان بخش تجهیزات تهویه مطبوع در مجموعه دماتجهیز تماس بگیرید.

مقالات مرتبط

جهت کسب اطلاعات بیشتر، پیشنهاد می‌شود مطالب مرتبط با مقاله "همه چیز درمورد ساختار و کاربرد هواساز ها" را نیز مطالعه فرمایید.

ئماتجهیز