هواساز چیست؟
هواساز چیست؟
هواساز (Air Handling Unit) یا AHU دستگاهی در سیستمهای تهویه مطبوع است, که برای تهویه و چرخش هوا به کار میرود. هواساز معمولا یک جعبه فلزی بزرگ شامل یک دمنده (Blower)، المنتهای گرمایش یا سرمایش، ردیفهای فیلتر (Filter Racks) یا محفظههای فیلتر (Filter Chambers)، صدا خفهکن (Sound Attenuators) و دمپر (Dampers) میباشد. هواسازها معمولا به یک سیستم کانالکشی تهویه متصل میشود که هوای تهویه شده را در ساختمان توزیع و آن را به AHU بر میگرداند. گاهی AHU ها تخلیه (عرضه) و ورودی (بازگشت) را به طور مستقیم و بدون کانال با فضا تبادل میکنند.
هواسازهای کوچک برای استفاده موضعی، ترمینال یونیت (Terminal Units) نامیده میشوند و تنها شامل یک فیلتر هوا، کویل و دمنده هستند. این ترمینال یونیتهای ساده بلوئر کویل (Blower Coil Units) یا فن کویل (Fan Coil) نامیده میشوند. یک هواساز بزرگتر که ۱۰۰ درصد هوای خارج را تهویه میکند و هیچ هوایی را سیرکوله نمیکند، به عنوان یونیت هوای جبرانی (makeup air unit) یا MAU شناخته میشود. هواسازی که برای استفاده در فضای باز طراحی شده است و اغلب بر بام قرار میگیرد، به عنوان یک پکیج یونیت (Packaged Unit) یا PU و یا یونیت پشتبامی (Rooftop Unit) یا RTU شناخته میشود.
یک واحد RTU
در این قسمت اجزای یک سیستم هواساز به ترتیب از کانال برگشت (ورودی به AHU) تا کانال تامین (خروجی از AHU) شرح داده خواهد شد.
فیلترها
به منظور ارایه هوای تمیز بدون غبار به ساکنان ساختمان، فیلتراسیون هوا تقریبا همیشه وجود دارد. این کار میتواند به وسیله یک فیلتر ساده چیندار با MERV پایین، فیلتر الکتروستاتیک HEPA و یا ترکیبی از تکنیکها انجام شود. روشهای تصفیه هوا و تابش فرابنفش نیز ممکن است استفاده شوند.
به طور معمول فیلتراسیون در ابتدای AHU قرار میگیرد تا تمام اجزای پاییندست تمیز بمانند. بر حسب درجه فیلتراسیون مورد نیاز، فیلترها در دو یا چند بانک پی در پی قرار میگیرند که یک پانل فیلتر (Panel Filter) درشت درجه در جلو و یک فیلتر کیسهای (Bag Filter) ریز درجه و یا دیگر فیلترهای نهایی در عقب قرار میگیرند. تعویض و نگهداری فیلتر پانلی ارزانتر است و در نتیجه از فیلتر کیسهای گرانتر محافظت میکند.
المانهای گرمایشی و/یا سرمایشی
هواسازها برای تغییر دما و سطح رطوبت هوای تامینی بر حسب به محل و کاربرد، ممکن است نیاز به گرمایش، سرمایش و یا هر دو داشته باشند. این کار توسط کویلهای مبدل حرارتی (Heat Exchanger Coils) در جریان هوای هواساز انجام میشود. ارتباط این کویلها با محیط گیرنده یا دهنده حرارت میتواند به صورت مستقیم (Direct Coils) یا غیرمستقیم (Indirect Coils) باشد.
مبدلهای حرارتی مستقیم شامل هیترهای گازسوز یا اواپراتور تبریدی (Refrigeration Evaporator)، به طور مستقیم در جریان هوا قرار میگیرند. همچنین میتوان از مقاومتهای الکتریکی و پمپهای حرارتی (Heat Pumps) نیز استفاده کرد. سرمایش تبخیری (Evaporative Cooling) نیز در آب و هوای خشک امکانپذیر است.
کویلهای غیر مستقیم از آب داغ یا بخار برای گرمایش و از آب سرد برای سرمایش استفاده میکنند. انرژی اولیه برای گرمایش و سرمایش توسط سیستم مرکزی که در نقطه دیگری از ساختمان قرار دارد، ارایه میشود. برای انتقال حرارت بهتر، کویلها معمولا از تیوبهای (Tubes) مسی و فینهای (Fins) مسی یا آلومینیومی ساخته میشوند. همچنین کویلهای سرمایش از صفحات حذفکننده (Eliminator Plates) برای به حذف و تخلیه میعانات استفاده میکنند. آب داغ یا بخار توسط یک بویلر (Boiler) مرکزی و آب سرد توسط یک چیلر (Chiller) مرکزی تامین میشود. سنسورهای دمای پاییندست به طور معمول برای پایش و کنترل دمای پس از کویل به کار میروند و در ارتباط با یک شیر کنترلی (Control Valve) موتوری قبل از کویل قرار دارند.
اگر رطوبتزدایی (Dehumidification) مورد نیاز باشد، کویلهای سرمایشی هوا را بیش سرد میکنند، به طوری که به نقطه شبنم (Dew Point) آن برسد و تقطیر رخ دهد. یک کویل هیتر پس از کویل سرمایشی قرار میگیرد و هوا را بازگرم میکند تا به دمای مورد نظر تامین برسد؛ به همین دلیل به آن کویل بازگرم (Re-Heat Coil) میگویند. این کار باعث کاهش میزان رطوبت نسبی هوای تامین میشود.
در آب و هوای سرد که در آن دمای زمستان به طور منظم به زیر نقطه انجماد میافتد، کویلهای برفک (Frost Coils) و یا کویلهای پیشگرم(Pre-Heat Coils) به عنوان مرحله اول فرآوری هوا به کار میروند تا اطمینان حاصل شود که فیلترها (Filters) یا کویلهای آب سرد پاییندست در برابر انجماد محافظت میشوند. کنترل کویل سرمایشی به طوری است که اگر دمای خاصی برای هوای خارج از کویل به دست نیاید، برای حفاظت تمام هواساز خاموش میشود.
رطوبتزن
رطوبتزنی اغلب در آب و هوای سرد که در آن گرمایش مداوم هوا را خشکتر میکند و در نتیجه کیفیت هوا ناراحتکننده میشود و الکتریسیته ساکن افزایش مییابد، لازم است. انواع مختلفی از رطوبتزن (Humidifier) به کار میروند؛
رطوبتزن تبخیری (Evaporative Humidifier): هوای خشک بر روی یک مخزن دمیده میشود و میزانی از آب آن تبخیر شود. میزان تبخیر آب را میتوان با پاشش آب بر روی بافلهایی در جریان هوا افزایش داد.
بخارساز (Vaporizer): بخار آب از یک دیگ بخار (Boiler) به طور مستقیم به جریان هوا دمیده میشود.
رطوبتزن اسپری مه (Spray Mist Humidifier): آب توسط یک نازل یا یک روش مکانیکی به صورت قطرات ریز به داخل هوا پاشش میشود.
رطوبتزن اولتراسونیک (Ultrasonic Humidifier): یک سینی آب تازه در جریان هوا توسط یک دستگاه اولتراسونیک تحریک میشود و تشکیل مه یا غبار آب میدهد.
رطوبتزن محیط مرطوب (Wetted Medium Humidifier): در جریان هوا یک محیط فیبری ریز قرار میگیرد که با آب تازه که از یک لوله هدر با تعدادی خروجی خارج میشود، مرطوب نگه داشته میشود. زمانی که هوا از میان محیط عبور میکند، آب را به صورت قطرات ریز وارد هوا میکند. در صورتی که هوا به خوبی فیلتر نشود، این نوع دستگاه رطوبتزن میتواند به سرعت دچار گرفتگی شود.
محفظه اختلاط
به منظور حفظ کیفیت هوای داخل ساختمان، هواسازها معمولا دارای تمهیداتی هستند تا هوای بیرون را به داخل وارد و هوای ساختمان را به خارج تخلیه کنند. در آب و هوای معتدل، میتوان از مخلوط کردن مقدار مناسب هوای بیرون با هوای گرم بازگشت برای نزدیک شدن به دمای هوای تامین مناسب استفاده کرد. بنابراین از یک محفظه اختلاط (Mixing Chamber) یا پلنیوم اختلاط (Mixing Plenum) استفاده میشود که دارای دمپرهای (Dampers) کنترل نسبت هوای بازگشت، هوای خارج و هوای تخلیه میباشد.
دمنده/فن
هواسازها به طور معمول از یک دمنده قفس سنجابی (Squirrel Cage Blower) بزرگ که توسط یک موتور الکتریکی AC القایی (AC Induction Electric Motor) رانده میشود، برای حرکت هوا استفاده میکنند. دمنده میتواند به صورت سرعت ثابت، چند سرعته و یا توسط یک درایو فرکانس متغیر (Variable Frequency Drive) یا VFD کار کند تا امکان تغییر در دبی هوا را فراهم کند. همچنین دبی میتواند توسط پرههای ورودی (Inlet Vanes) و یا دمپر خروجی (Outlet Dampers) فن (Fan) کنترل شود. برخی هواسازهای مسکونی از یک موتور الکتریکی DC بدون جاروبک (Brushless DC Electric Motor) دارای قابلیتهای سرعت متغیر استفاده میکنند.
در هواسازهای تجاری بزرگ ممکن است از چند دمنده استفاده شود که به طور معمول در انتهای AHU و ابتدای کانال تامین قرار میگیرند و به همین دلیل به آن فن تامین (Supply Fans) گفته میشود. فنهای موجود در کانال هوای بازگشت اغلب به این فنها کمک میکنند و به همین دلیل به آنها فنها بازگشت (Return Fans) گفته میشود.
متعادل کننده
فنهای بالانس نشده ایجاد تکان و ارتعاش میکنند. برای فنهای AC خانگی، این میتواند یک مشکل عمده باشد: گردش هوا از خروجیها تا حد زیادی کاهش مییابد زیرا تکان باعث هدر رفت انرژی میشود، راندمان به خطر میافتد و سر و صدا افزایش مییابد.
به صورت استراتژیک میتوان وزنههایی قرار داد و چرخش را به صورت نرم اصلاح کرد. برای یک پنکه سقفی، معمولا سعی و خطا مشکل را حل میکند. اما برای یک فن بزرگ AC مرکزی معمولا به کارگاههایی برده میشود که دارای دستگاههای ویژه بالانس است که امکان بالانس پیچیدهتر را فراهم میکنند. برای فنهای بزرگ آزمون و خطا میتواند قبل از یافتن نقاط صحیح باعث آسیب به فن شود. معمولا موتور فن به تنهایی ارتعاش نمیکند.
وسیله بازیافت حرارت
برای صرفهجویی در انرژی و افزایش ظرفیت، انواع مختلفی از مبدلهای حرارتی بازیافت حرارت (Heat Recovery Heat Exchanger) میتوانند بین جریانهای هوای تامین و خروجی هواساز نصب شوند. این نوع مبدلهای حرارتی معمولا از انواع زیر هستند؛
ریکوپراتور (Recuperator) یا مبدل حرارتی پلیتی (Plate Heat Exchanger): ساندویچی از صفحات پلاستیکی یا فلزی با مسیرهای هوای متصل به هم میباشند. حرارت بین جریانهای هوای دو طرف صفحه منتقل میشود. صفحات به طور معمول در فاصله 4 تا 6 میلیمتری هم قرار میگیرند و میتوانند برای بازیافت سرما نیز مورد استفاده قرار گیرند. راندمان بازیافت حرارت تا ۷۰ درصد میباشد.
چرخ گرمایی (Thermal Wheel) یا مبدل حرارتی دوار (Rotary Heat Exchanger): یک ماتریس از فلزات چیندار است که با چرخش آرام در هر دو جریان هوای متقابل وارد میشود. هنگامی که هواساز در حالت گرمایش است، با عبور ماتریس از جریان هوای خروجی در یک نیم چرخش، حرارت جذب میشود و در نیمه دوم چرخش حرارت در جریان هوای تامین آزاد میشود. هنگامی که واحد هواساز در حالت سرمایش است، حرارت با عبور ماتریس از جریان هوای خروجی در طول یک نیم چرخش آزاد میشود و در نیمه دوم چرخش در جریان هوای تامین جذب میگردد. راندمان بازیافت حرارت تا ۸۵ درصد میباشد. همچنین چرخهایی با پوشش هیدروسکوپیک (Hydroscopic Coating) وجود دارند که میتوانند انتقال حرارت نهان ایجاد کنند و خشک کردن و یا رطوبتزنی جریانهای هوا را انجام دهند.
کویل دور گذر (Run Around Coil): با استفاده از یک پمپ گردشی (Circulating Pump) و آب و یا آب نمک به عنوان واسطه انتقال حرارت، دو کویل مبدل حرارتی هوا به مایع در دو جریان هوای متقابل به یکدیگر لولهکشی شدهاند. این دستگاه هر چند بسیار کارآمد نیست، اجازه میدهد تا بازیافت حرارت بین جریانهای هوای تامین و اگزاست دور از هم و گاهی چند جریان هوای تامین و اگزاست انجام شود. راندمان بازیافت حرارت تا ۵۰ درصد میباشد.
لوله حرارتی (Heat Pipe): در هر دو مسیر هوای مخالف کار میکند و از یک مبرد (Refrigerant) محبوس به عنوان محیط انتقال حرارت استفاده میکند. یک دسته از لولههای حرارتی شامل چند لوله آببندی شده دارای فینهایی برای افزایش انتقال حرارت میباشد. با تبخیر مبرد، حرارت در یک طرف لوله جذب و در طرف دیگر آن با میعان مبرد آزاد میشود. مبرد کندانس شده توسط گرانش به طرف اول لوله باز میگردد و روند تکرار میشود. راندمان بازیافت حرارت تا ۶۵ درصد میباشد.
سیستم کنترلی
سیستمهای کنترل برای تنظیم هر جنبهای از هواساز همانند میزان جریان هوا، دمای هوای تامین، دمای هوای مخلوط، رطوبت و کیفیت هوا لازم هستند. کنترلها میتوانند در حد یک ترموستات (Thermostat) خاموش/ روشن ساده و یا در حد یک سیستم اتوماسیون ساختمان (Building Automation System) یا BMS پیچیده باشند.
قطعات کنترلی معمول شامل سنسورهای دما، سنسورهای رطوبت، محرکها (Actuators)، موتورها (Motors) و کنترلرها (Controllers) میباشند.
ایزولاتورهای لرزشی
دمندههای هواساز میتوانند لرزش قابل توجهی ایجاد و مساحت زیاد کانالکشی این سر و صدا و ارتعاش را به ساکنان ساختمان منتقل کنند. برای جلوگیری از این، ایزولاتورهای لرزشی (Vibration Isolators) به صورت بخشهای انعطافپذیر (Flexible Sections) معمولا بلافاصله قبل و بعد از هواساز و اغلب بین محفظه فن و بقیه AHU قرار میگیرند. ماده لاستیکی کرباس مانند این بخشها اجازه میدهد که اجزای هواساز ارتعاش کنند بدون این که به کانالهای مجاور منتقل شود.
محفظه فنها میتواند با قرار گرفتن بر روی یک سیستم تعلیق فنری که انتقال ارتعاش از کف را کاهش میدهد، بیشتر ایزوله شود.
