سیستم گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع، بخش مهمی از یک ساختمان شهری، تجاری و صنعتی را در بر می‌گیرد. توجه کنید که یک سیستم مناسب تهویه مطبوع با هدف کنترل دما، رطوبت و کیفیت هوای ساختمان ایجاد می‌شود و هدف از کنترل این پارامترها ایجاد یک فضای راحت است که بتوان در آن به امور شخصی و کار پرداخت. علم تهویه مطبوع کاربرد بسیار زیادی در طراحی اتاق تمیز و همچنین کنترل آلاینده‌ها در اتاق تمیز دارد.
این مطلب ابتدا به صورت دقیق مفاهیم کلی مورد استفاده در تهویه مطبوع و سیستم‌های HVAC را مورد مطالعه قرار می‌دهد. در ادامه انواع بخش‌های موجود در یک سیستم تهویه مطبوع و HVAC مانند سیستم گرمایش و سرمایش، مورد بررسی قرار می‌گیرد و پس از آن نحوه عملکرد سیستم تهویه مطبوع و HVAC بیان می‌شود و در انتهای مطلب نیز انواع مختلف سیستم‌های تهویه مطبوع به همراه مزایا و کاربردهای آن‌ها مورد مطالعه قرار می‌گیرد. همچنین محاسبه پارامترهای مختلف تهویه مطبوع در مطلب «نمودار سایکرومتریک» مورد مطالعه قرار گرفته است.
HVAC چیست؟
همانطور که اشاره شد، سیستم HVAC خلاصه شده عبارت گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع است. بنابراین همانطور که از نام آن پیداست، این سیستم از سه مجموعه گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع تشکیل می‌شود که در ادامه به صورت مختصر معرفی می‌شوند.
بخش اول در یک سیستم HVAC، گرمایش است. گرمایش بخشی است که در آن هوای درون ساختمان را با استفاده از رادیاتورها یا سیستم‌های تولید هوا گرم می‌کنند.
گرمایش ساختمان به کمک رادیاتور
شکل ۱: گرمایش ساختمان به کمک رادیاتور
همانطور که اشاره شد، بخش دوم در سیستم HVAC تهویه نام دارد. تهویه نیز فرایندی است که طی آن هوای تمیز در مجموعه باقی می‌ماند و هوای آلوده به فضای بیرون منتقل می‌شود. این فرایند باعث ایجاد چرخش در هوای داخلی نیز می‌شود و رطوبت اضافی موجود در سیستم را از بین می‌برد. توجه کنید که فرایند تهویه، معمولا با استفاده از سیستم‌های مکانیکی انجام می‌شود که این سیستم‌ها شامل تعدادی فن هستند. فن یکی از انواع توربوماشین‌ها است. توربوماشین، ماشین مکانیکی دواری است که در آن، انرژی بین ماشین و سیال و به دلیل حرکت دینامیکی ماشین منتقل می‌شود و کاربرد بسیار زیادی در علم مکانیک و آیرودینامیک دارد. مباحث مربوط به توربوماشین در وبلاگ فرادرس و مطلب «توربوماشین (Turbomachinery) — به زبان ساده» به صورت جامع مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است.
سیستم تهویه یک تونل
شکل ۲: سیستم تهویه یک تونل
بخش سوم از سیستم HVAC، مجموعه تهویه مطبوع است. این سیستم، دمای اتاق را پایین می‌آورد و از مجموعه‌ای شامل هوای خنک و یا آب خنک تشکیل می‌شود. سیستم تهویه مطبوع وظیفه کنترل سطح رطوبت موجود در هوای اتاق را نیز به عهده دارد. این موارد و در ادامه مطلب به صورت دقیق مورد مطالعه قرار خواهند گرفت.
یک سیستم HVAC را می‌توان به صورت اختصاری سیستم تهویه مطبوع نیز نامید که وظیفه اصلی آن تامین دمایی در حدود درجه فارنهایت و رطوبت نسبی در حدود تا درصد است. همچنین با توجه به استاندارد ، کربن دی اکسید باید کمتر از باشد.
سیستم تهویه مطبوع به کمک اسپلیت
شکل ۳: تهویه مطبوع ساختمان به کمک اسپلیت
بنابراین همانطور که اشاره شد، سیستم‌های HVAC را می‌توان شامل طیف وسیعی از سیستم‌های تهویه مطبوع، از جمله سیستم‌های خنک کننده خانگی تا سیستم‌های بسیار بزرگ و پیچیده صنعتی دانست. طراحی یک سیستم تهویه مطبوع مناسب، نیاز به استفاده از اصول موجود در علوم ترمودینامیک، مکانیک سیالات و انتقال حرارت دارد. به صورت رایج به یک سیستم HVAC، سیستم تهویه مطبوع نیز می‌گویند هرچند همانطور که اشاره شد، سیستم تهویه مطبوع زیر مجموعه‌ای از سیستم HVAC است.
جعبه‌های بزرگی که در قسمت بالای ساختمان‌ها یا ادارات مشاهده می‌شوند، نمونه‌ای از سیستم‌های HVAC هستند. در واقع این بخش‌ها، قسمت‌های قابل دیدن سیستم HVAC را تشکیل می‌دهند.
همانطور که اشاره شد، سیستم گرمایش و سرمایشی که در خانه‌های مسکونی مشاهده می‌شود نیز زیر مجموعه‌ای از سیستم‌های HVAC هستند. این سیستم‌ها ممکن است با سیستم‌های بزرگ تهویه مطبوع و HVAC تفاوت‌هایی داشته باشند ولی در بسیاری از شرایط، مانند اصول پایه، شیوه عملکرد و بازده، دقیقا مشابه با سیستم‌های بزرگ و تجاری تهویه مطبوع و HVAC عمل می‌کنند.
انواع سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC
در بسیاری از موارد، گرمایش و سرمایش، نیمه از انرژی را تشکیل می‌دهد که افراد مختلف در دوران زندگی خود مصرف می‌کنند. بنابراین انتخاب یک سیستم مناسب HVAC که بتواند راحتی و آسایش شما را تامین کند و انرژی زیاد و اضافی را مصرف نکند، اهمیت بسیار زیادی دارد. در ادامه برخی از شیوه‌های انتخاب یک سیستم تهویه مطبوع و HVAC به خوبی بیان شده است.
افرادی که محل سکونت آن‌ها در آب و هوای سرد یا گرم قرار دارد باید از سیستم‌های تک مرحله استفاده کنند. این سیستم‌ها طوری طراحی شده‌اند که بتوانند تنها سرما یا گرما تولید کنند. این سیستم‌ها ارزان هستند و در سمت مقابل، بازدهی بسیار پایینی نیز دارند. نکته دیگر این است که این سیستم‌ها در تمام حالات و حتی زمانی که به آن‌ها احتیاجی نباشند نیز با تمام ظرفیت خود کار می‌کنند و این موضوع مصرف انرژی آن‌ها را به شدت افزایش می‌دهد.
نوع پیشرفته‌تری از سیستم‌های تهویه مطبوع و HVAC نیز وجود دارد که در آن‌ها برای کاهش مصرف انرژی، از فن با سرعت‌های متفاوت استفاده می‌شود. اما همچنان این نوع از فن‌ها در مقابل سیستم‌های چند مرحله کارایی و بازده پایین‌تری دارند و برای استفاده در طول مدت زمان زیاد، سیستم‌های گران محسوب می‌شوند.