گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC), یک صنعت با طیف بسیار وسیع می‌باشد. سیستم‌های تهویه مطبوع، گستره فراوانی از یک بخاری کوچک خانگی، تا سیستم‌های فوق پیشرفته کنترل اتمسفر زیردریایی‌ها و شاتل‌های فضایی، را شامل می‌شوند. سیستم‌های سرمایشی می‌تواند از یک یونیت کوچک خانگی، تا سیستم‌های تبرید صنعتی با ظرفیت 10/000 بار تبرید، متفاوت و متنوع باشد.

بنا بر پیچیدگی نیاز، طراح سیستم تهویه مطبوع باید فاکتورهای بیشتری را به ،جز تأمین دمای آسایش در نظر بگیرد. شرکت برودت تبادل صنعت اسپادانا(TBS)، با سابقه طولانی مدت و درخشان آمادگی خود را در راستای طراحی و تولید، انواع سیستم‌های تهویه مطبوع اعم از: مسکونی، تجاری و صنعتی جهت پروژه‌های کارفرمایان محترم اعلام می‌دارد.

تاریخچه تهویه مطبوع

برای هزاران سال، مردم از آتش برای گرم کردن خودشان استفاده می‌کردند. در آن زمان‌ها هوایی که به وسیله سوختن آتش جابجا می‌شد، به شکل طبیعی حکم تهویه را برای افراد حول آتش ایفا می‌کرد. با این حال با ظهور دیگ‌های آب گرم و بخار، جهت تأمین گرمایش، نیاز به سیستم تهویه، آشکار شد. محاسبات سر انگشتی طراحی سیستم های تهویه در اواخر دهه 80 (قرن نوزدهم )  توسعه یافت و در بسیاری از کشور‌ها مورد استفاده قرار می‌گرفت.

آقای دکتر جان گوری در سال 1851  موفق به اختراع یک ماشین تبرید شد، و پس از سی و چند سال، امکان استفاده از تبرید برای مقاصد صنعتی فراهم گردید. در ابتدا دو کاربرد اصلی این سیستم تبرید، انجماد گوشت برای انتقال، و تولید یخ بود. در اوایل قرن بیستم یک ابتکار جدید برای خنک کردن ساختمان‌هار، جهت تأمین آسایش ظهور کرد. سیستم سرمایش ساختمان مبادلات بورس نیویورک، در سال 1902 یکی از اولین سیستم‌های سرمایش بود. در آن زمان‌ها تهویه مطبوع، صرفاً به سرمایش اتلاق می‌شد، اگرچه به تدییج معنی آن از صرفاً سرمایش به کنترل پارامتر‌های زیر تغییر کرد .

تهویه مطبوع مدرن

تهویه مطبوع مدرن، تقریباً برای تمام جنبه‌های پیشرفت فعالیت‌های انسان امروزی حیاتی است. اگرچه تا امروز پیشرفت چشمگیری در صنعت تهویه مطبوع حاصل گردیده،اما  هنوز زمینه‌هایی با پتانسیل تحقیقات فعال، و قابل مناظره وجود دارد.

کیفیت هوا

کیفیت هوا امری است، که به شکل مستقیم بر افراد تأثیرگذار می‌باشد. هنوز در بسیاری از کشور‌های دنیا، مردم از شیوع آسم و کیفیت هوای داخل ساختمان‌ها، و هواپیماها ناراضی هستند، و پشت این قضایا، دلایل و تأثیرات بسیار پیچیده وجود دارند. این پیچیدگی تا حدی است، که یک رشته مهم فنی و مهندسی جهت بررسی و حل این مشکلات، توسعه یافته است.

انتشار گازهای گلخانه‌ای و تخریب لایه ازون

انتشار گازهای گلخانه‌ای و تخریب لایه ازون موضوعاتی هستند، که همواره مورد تحقیق و تفحّص قرار دارند. همچنین قوانین و راهنمایی‌های جدیدی شکل گرفته‌اند، که فرآیند‌هایی اعم از: بازیافت، استفاده از انرژی‌های نو، کاهش مصرف انرژی، مواد اولیه با آلودگی کمتر، از جمله مواردی هستند، که مبرد‌ها را تشویق می‌کنند. تمام این مسائل تأثیر عمیقی در طراحی ساختمان‌ها، از جمله سیستم‌های تهویه مطبوع و کدهای طراحی دارند.

مقدمه‌ای بر فرآیند تهویه مطبوع

همانطور که قبلاً اشاره شد، استفاده از عبارت تهویه مطبوع زمانی درست است، که کنترل تمامی پارامترهای دما، رطوبت، هوای تازه، فیلتراسیون و سیرکولاسیون، را شامل گردد. هفت فرآیند اصلی برای دستیابی به تهویه مطبوع ایده‌آل به شرح زیر می‌باشند.

1- گرمایش :

به فرآیند اضافه کردن انرژی گرمایی، به فضای تهویه جهت افزایش یا نگه‌داشتن دما، در نقطه‌ای ثابت گرمایش گفته می‌شود.

2- سرمایش :

به فرآیند خارج کردن انرژی گرمایی، از فضای تهویه جهت کاهش یا نگه داشتن دما، در نقطه‌ای ثابت سرمایش گفته می‌شود.

3- رطوبت زنی :

به فرآیند اضافه کردن بخار آب (رطوبت)، به هوا در فضای تهویه، که به قصد افزایش یا نگه داشتن رطوبت، در نقطه‌ای ثابت انجام می‌شود، رطوبت زنی می‌گویند.

4- رطوبت گیری :

به فرآیند حذف بخار آب (رطوبت)، از هوا در فضای تهویه که به قصد کاهش یا نگه داشتن رطوبت، در نقطه‌ای ثابت انجام می‌شود، رطوبت گیری می‌گویند.

5- فیلتراسیون :

به فرآیند حذف ذرات معلق (گرد و غبار و …)، و آلودگی‌های بیولوژیکی (گرده گل، حشرات و …) ، از هوا در فضای تهویه، که به منظور بهبود کیفیت هوا صورت می‌گیرد، فیلتراسیون گفته می‌شود.

6- تهویه :

به فرآیند تبادل هوا بین فضای بیرونی و فضای تهویه، که به منظور رقیق کردن آلودگی‌های گازی در فضا، و همچنین بهبود و کنترل کیفیت، ترکیبات و تازگی هوا انجام می‌شود، تهویه می‌گویند. تهویه می‌تواند به دو روش تهویه طبیعی (باز گذاشتن پنجره) و  روش مکانیکی ( استفاده از فن جهت جابجایی هوا) صورت گیرد.

7- جریان هوا :

به فرآیند به گردش درآوردن هوا(سیرکوله کردن)، و مخلوط کردن هوای داخل فضا به قصد بهبود تهویه، و یکسان سازی دما در محیط ایجاد جریان هوا،  یا سیرکولاسیون گفته می‌شود.

طراحی تهویه مطبوع:

قبل از انتخاب سیستم تهویه مطبوع، باید بدانیم این سیستم قرار است، چه مشخصاتی را برای هوا تأمین کند.

معمولاً هدف، تأمین یک محیط آسوده برای ساکنین است، ولی اهداف بسیاری غیر از این نیز می‌توانند وجود داشته باشند، مثلاً: ایجاد یک فضای مناسب برای مرغداری، اتاق عمل یک بیمارستان، تثبیت دما و رطوبت برای حفظ قطعات هنری چوبی و غیره. قبل از طراحی و انتخاب یک سیستم موفق، باید هر موقعیتی که بر پروژه حاکم است، به صورت شفاف شناسایی گردد. چرا‌که نیاز‌های متفاوت، شرایط طراحی متفاوتی را می‌طلبد.

در ادامه در ستون روبرو مختصراً طراحی چند پروژه خاص، نوع کارایی و نیاز‌های سیستم تهویه مطبوع را، بررسی می‌کنیم.

مثال اول : مرغداری

مسائل طراحی شامل جنبه‌های اقتصادی، سلامت و تندرستی ماکیان و کارگران، به‌علاوه قوانین حاکم منطقه‌ای می‌باشند. فضا‌های پرورش حیوانات، همواره نیازمند تهویه هستند و بنا به شرایط آب‌و‌هوایی منطقه، نیازمند سرمایش و گرمایش می‌باشد، که با یک ترموستات ساده قابل کنترل است. سرعت تهویه به عوامل زیر وابسته است :

• کنترل کیفیت هوای داخلی (با حذف بوی فضولات و بوی بدن حیوانات)
• نگهداری دمای ایده‌آل طراحی (تزریق هوای سرد و اگزاست هوای گرم)
• حذف رطوبت (تزریق هوای خشک و اگزاست هوای مرطوب)
•  ایجاد جریان هوا روی بدن حیوانات (سرعت بالای جریان هوا باعث خنک کردن می‌گردد.)

لازم به ذکر است، که رطوبت دهی و فیلتراسیون، نیاز نیست. یک طراحی جامع تهویه، جهت رسیدن به 4 هدف فوق، می‌تواند تأثیر به سزایی در کاهش هزینه‌های اولیه، و بهره برداری داشته باشد.

مثال دوم : اتاق عمل بیمارستان

این یک محیط بسیار حساس و بحرانی است، که بهره‌گیری از یک سیستم تهویه مطبوع سفارشی و خاص، را می‌طلبد. اهداف طراحی عبارتند از :

1.  تأمین گرمایش جهت جلوگیری از سرد‌شدن بیش‌از‌حد بدن بیمار
2. فراهم ساختن سرمایش جهت جلوگیری از تعریق بیش‌از‌حد اعضای تیم اتاق عمل
3. قابلیت کنترل دما توسط اعضای اتاق عمل از 18 تا 26 درجه سانتیگراد
4.  رطوبت‌دهی جهت کاهش احتمال ایجاد جرقه‌های الکتریسیته ساکن
5.  کنترل رطوبت جهت جلوگیری از رشد قارچ‌ها و ایجاد نقطه آسایش برای اعضای تیم اتاق عمل
6.  تمیز کردن هوای ورودی با استفاده از فیلتر‌هایی با راندمان بسیار بالا، جهت جلوگیری از ورود ارگانیسم‌های هوا‌برد، و ایجاد عفونت در بیمار
7.  تهویه جهت خارج کردن آلودگی‌های هوا‌برد و تازه نگه داشتن هوای سالن

این موقعیت نیازمند طراحی و پیاده‌سازی، یک سیستم تهویه مطبوع پیشرفته، و کاملاً قابل اطمینان می‌باشد.

مثال سوم : حفظ قطعات هنری چوبی

اهداف ما در این فضا پایین، نگه داشتن رطوبت جهت به‌حداقل رساندن احتمال رشد قارچ‌ها، و در عین حال بالا نگه داشتن رطوبت، جهت به‌حداقل رساندن احتمال خشک‌شدن هوا، و بروز آتش‌سوزی می‌باشد. همچنین به‌حداقل رساندن احتمال ترک‌خوردن، یا باد‌کردن قطعات چوبی، که با تغییر رطوبت در هوا اتفاق می‌افتد. بنابراین چالش طراحی ما نگه داشتن رطوبت، در یک سطح کاملاً ثابت، دمای حدوداً ثابت، و به‌حداقل رساندن تهویه مورد نیاز، برای یک سیستم تهویه مطبوع دائم کار می‌باشد. در این موقعیت کنترل رطوبت، در درجه اولِ اهمیت، و کنترل دما، در درجه دومِ اهمیت قرار دارد. معمولاً در این موارد، رعایت تمامی 7 فرآیند تهویه مطبوع مورد نیاز می‌باشد، که به این قبیل فضا‌‌ها، فضای تماماً تهویه مطبوع گفته می‌شود.

ویژگی‌های مؤثر بر آسایش افراد:

پنج ویژگی فضا ازقبیل:

1. شرایط دمایی
2. کیفیت هوا
3. میزان صدا
4. روشنایی
5. معماری

بر روی میزان آسایش افراد تأثیر گذار است. از بین این پنج ویژگی، تنها دما و کیفیت هوا، به‌طور مستقیم با سیستم تهویه مطبوع قابل کنترل هستند. میزان صدای موجود در فضا ممکن است، از جهاتی مؤثر باشد. جنبه‌های روشنایی و معماری، شامل تخصص ما نمی‌شوند، اما در طراحی سیستم تأثیرگذار هستند. در ادامه مختصراً به توصیف این 5 ویژگی، و تأثیرات آن بر آسایش افراد می‌پردازیم.

شرایط دمایی:

شرایط دمایی فراتر از صرفاً دمای هوا می‌باشد. اگر سرعت هوا خیلی بالا باشد، فضا سرد تلقی خواهد شد. اگر گردش هوا وجود نداشته باشد، ساکنین، هوا را اصطلاحاً خفه تلقی می‌کنند. سرعت هوا در یک فضا به شکل عمده، توسط سیستم تهویه مطبوع کنترل می‌گردد.

کیفیت هوا:

کیفیت هوا در یک فضا توسط ساکنین و سایر محتوای موجود در فضا، تحت تأثیر قرار می‌گیرد. این آلودگی کم و بیش با میزان ورود هوای تازه کم شده، و میزان آلودگی رقیق‌تر می‌شود. معمولاً فضا‌های با تراکم نفرات بالا مانند: یک سینما و فضا‌های با فعالیت پر آلودگی مانند: طباخی‌هانیازمند هوای تازه بسیار بیشتری، نسبت به یک فضای اداری، یا مسکونی هستند.

میزان صدا:

میزان صدای یک محیط ممکن است، ناشی از صدا‌های ترافیک خیابان، خود ساکنین، تجهیزات موجود و سیستم تهویه مطبوع باشد. شرایط طراحی میزان صدا، با توجه‌به کاربری فضا متغیر است. مثلاً شرایط طراحی برای یک استودیو ضبط صدا بسیار حساس‌تر، و مهم تر از یک کارگاه ریخته‌گری می‌باشد.

روشنایی:

روشنایی بر طراحی تهویه مطبوع تأثیر گذار است، چرا‌که هر منبع نور کم و بیش از خود گرما نیز منتشر می‌کند.

معماری:

فرض کنید، ساکنین روی یک مبل در کنار پنجره نشسته‌اند، در صورت تابش نور خورشید روی افراد، آن‌ها احساس گرما می‌کنند، و در زمانی که هوا ابری است، احساس سرما خواهند کرد. دقیقاً اینجاست که طراحی معماری ساختمان مستقل از دمای فضا بر روی آسایش افراد تأثیر می‌گذارد.

تأثیر ادراک و احساس افراد بر تهویه مطبوع:

تمامی افراد دارای سه مشخصه‌ی

میزان سلامتی:

 آسیب‌پذیری:

توقع:

می‌باشند. این سه مشخصه همواره ثابت نیست، و تابعی است از مکانی که شخص در زمانی خاص، در آن حضور دارد.

سلامتی:

ممکن است افراد در سلامتی کامل به سر ببرند، و سرمای دستگاه تهویه مطبوع برایشان مطلوب باشد. از طرفی برای مراجعینی که در مطب یک پزشک منتظرند تا نوبت ویزیتشان فرا‌برسد، ممکن است هوای سرد دستگاه، بسیار آزاردهنده احساس شود.

آسیب‌پذیری:

افراد همچنین می‌توانند، در میزان آسیب‌پذیری متفاوت باشند. مثلاً: شخصی که با کفش روی کف سرد یک اتاق قدم برمی‌دارد، می‌گزارد، سرمای آن‌را احساس نخواهد کرد. ولی قطعاً برای کودکی که مشغول بازی کردن، روی سطح سرد زمین است، احساس سرما ناخوشایند خواهد بود.

توقع:

هر فردی در ذهنش توقعاتی دارد. وقتی ما وارد یک هتل لاکچری می‌شویم، توقع داریم که هوای آن‌جا کاملاً مطبوع و دلپذیر باشد. وقتی در تابستان وارد یک پاساژ می‌شویم، توقع داریم آن‌جا خنک باشد. توقعات می‌توانند ناشی از تجربه قبلی حضور در یک فضا،یا ظاهر آن فضا باشد. برای مثال: وقتی وارد رختکن یک باشگاه ورزشی می‌شویم، احتمالاً توقع می‌رود،که بو بدهد، این امر تحمل واقعیت را آسوده‌تر خواهد کرد.

تأثیر لباس و نوع فعالیت افراد بر تهویه مطبوع:

از پارامتر‌های دیگری که بر احساس مطبوع بودن، یا نبودن هوای یک فضا تأثیر می‌گذارند، میزان لباسی است که افراد بر تن دارند، و نوع فعالیتی است که انجام می‌دهند. اگر افراد در یک فضای خاص لباس کمی پوشیده‌اند(مانند استخر)، محدوده دمایی آسایش برای این افراد گرمتر از افرادی است، که لباس‌های زیادی بر‌تن دارند. همینطور اگر افراد در حال انجام فعالیت‌های سنگین باشند (مانند سالن ورزشی)، بدنشان در حال تولید حجم زیادی از گرماست، و محدوده دمایی آسایش، برای این افراد سردتر از افرادی است، که در یک روز کاری پشت میزشان در اداره مشغول کار هستند.