سیستم تهویه مطبوع چگونه کار می کند؟

در این مطلب قرار است به این موضوع بپردازیم که سیستم تهویه مطبوع چگونه کار می کند. برای درک بهتر نوع کار این سیستم ها بد نیست ابتدا نگاهی به تاریخچه تکامل آن ها داشته باشیم. اولین بار در سال ۱۹۰۲ بود مهندسی جوان به نام هاویلند کریر سیستم تهویه مطبوع هوای مدرن را طراحی و ساخت. از این دستگاه برای حل مشکل رطوبت در شرکت نشر و لیتوگرافی نیویورک استفاده شد.

تکامل تدریجی دستگاه‌های تهویه مطبوع

در ادامه این دستگاه تکامل پیدا کرد. مدل بعدی و کامل تر او باعث شد تا بسیاری از تئاترها و فروشگاه ها مجهز به دستگاه تهویه مطبوع هوا شوند. سیستم تهویه مطبوع او می توانست دمای محیط را کاهش بدهد. این سیستم ها در ادامه به شکل های متفاوتی عرضه شدند و امروز به سیستم های بسیار مدرنی تبدیل شده اند.

اصول مقدماتی تهویه مطبوع

یک سیستم تهویه از فرآیند تبرید برای سرد کردن هوای درون اتاق استفاده می کند. به این صورت که وقتی مایع تبدیل به گاز می شود گرما را جذب می کند. برای این کار باید از مبرد استفاده شود. مبردها ویژگی هایی دارند که می توانند دما را تغییر بدهند. همچنین در این دستگاه ها از پنکه یا فن برای حرکت دادن هوای گرم روی هوای سرد و کویل های پر شده از مبردها استفاده می شود.

با جریان یافتن هوای گرم روی کویل های خنک و تبخیر کننده، مبرد داخلی گرما را که از حالت مایع به گاز تبدیل شده جذب می کنند. برای بهینه نگه داشتن فرآیند سرد کردن، کولر باید گاز مبرد را دوباره به مایع تبدیل کند. این سیکل ادامه پیدا می کند و باعث متعادل شدن هوا خواهد شد.

این سیکل بدین صورت است که مبرد همواره هوای داخل را سرد می سازد و گاز بدست آمده با استفاده کمپرسور به طور مداوم فشرده می شود و برای تبدیل دوباره به مایع سرد می شود.

بخش‌های یک سیستم تهویه مطبوع

هر سیستم تهویه مطبوع از چند بخش بسیار مهم تشکیل شده است که در داخل و خارج از خانه قرار می گیرند. این بخش ها شامل موارد زیر می شوند.

تبخیرکننده (Evaporator): قسمتی که مبرد سرد وارد آن می شود.
چگالنده (Condenser): تسهیل انتقال حرارت را انجام می دهد.
دریچه انبساط (Expansion valve): وظیفه تعدیل جریان مبرد به داخل تبخیر کننده را بر عهده دارد.
کمپرسور (Compressor): پمپی برای تحت فشار قرار دادن مبرد و تبدیل شدن دوباره آن به مایع

این اجزا ممکن است در سیستم های مختلف تهویه هوای مطبوع متفاوت باشند. در ادامه به معرفی این سیستم ها در برخی از انواع سیستم های تهویه پرداخته ایم.

پنجره و سیستم اسپلیت (Split-system)

واحدها درون این گونه از کولرها آنقدر کوچک ساخته شده اند که به راحتی درون قاب پنجره قرار بگیرند. این کولرها از اجزای زیر تشکیل شده اند.

کمپرسور
دریچه انبساط
سیم‌پیچ (کویل) داغ
سیم‌پیچ (کویل) سردشده
دوپنکه
واحد کنترل

چیلرهای آبی و برج های خنک کننده تهویه مطبوع

گاهی در برخی از فضاهای بزرگ استفاده از اسپیلت های کوچک یا حتی داکت اسپیلت نه صرفه اقتصادی دارد و نه از نظر میزان مصرف انرژی انتخاب مناسبی است. در این مواقع باید از روش آب سرد و برج های خنک کننده استفاده کرد.

سیستم آب سرد (Chilled-water)

در نوع آب سرد کولر روی سقف یا در پشت ساختمان نصب می شود. این سیستم دمای آب را بین ۴۰ تا ۴۵ درجه فارنهایت سرد می کند. این آب سرد در لوله ها جاری شده و وارد فن کوئل ها می شود. لوله های آب خنک در این روش همان نقش اواپراتورها را دارند.

تکنولوژی برج خنک کننده (Cooling tower)

در این سیستم از برج خنک کننده ای که حاوی یک رشته آب سرد است استفاده می شود. این آب سرد کویل کمپرسور را خنک می کند. برج خنک کننده هوا را به یک رشته آب می دهد و باعث تبخیر آن می شود. بر اثر تبخیر شاهد خنک سازی آب خواهیم بود. البته بالا بودن مصرف انرژی در این روش ها باعث شده تا از روش های دیگری مثل استفاده از یخ، استفاده از گرمای زمین و همچنین کولرهای خورشیدی در دستور کار قرار بگیرد.

سیستم های تهویه مطبوع و بهینه‌سازی انرژی

همانطور که می دانید مصرف برق سیستم های تهویه مطبوع عموما بالاست و از طرفی بسیاری از انواع قدیمی این سیستم ها برای محیط زیست خطراتی داشتند که مهمترین آن گرمایش زمین بوده است. اما امروزه روش های جدیدی پیشنهاد شده که این مشکلات را مرتفع می سازد.

یکی از روش های جایگزین سرمایش با یخ است. در این روش سیستم تهویه در طول شب که نیاز به انرژی کمتر است در مخازن بزرگ آب به تولید یخ می پردازد. سپس در طول روز سیستمی شبیه‌ به تهویه های قدیمی هوای سرد را‌ از روی یخ به سمت ساختمان پمپاژ می کند.

با این روش مصرف برق بسیار کاهش پیدا می کند و آلودگی محیطی هم کمتر می شود. تنها مشکل این روش فضای زیادی است که دستگاه و به خصوص مخزن یخ اشغال می کند. همچنین هزینه نصب تشکیلات آن بسیار بالاست.

به همین منظور کارشناسان نصب سیستم گرمایش و سرمایش زمین – گرما (geo-thermal) را پیشنهاد می دهند که به نام پمپاژ گرمای منبع زمین (GSHP) هم شناخته می شود. در این روش به جای استفاده از برق برای تولید گرما از یک منبع گرمای ثابت استفاده می شود.

یکی از متداول ترین انواع این سیستم ها برای خانه ها سیستم حلقه-بسته (closed-loop) است. در این روش لوله های پلی اتیلنی به صورت عمودی یا افقی در ۳ تا ۶ حفره در زیر زمین دفن می شوند. این لوله ها را می توان در استخر و حوض هم دفن کرد. سپس آب یا مخلوط ضد یخ از طریق لوله ها پمپاژ می شود. این لوله ها در طول زمستان گرمای زمین را جذب می کنند و وارد ساختمان می کنند.

در طول تابستان عملکرد کاملا عکس است. در این زمان گرمای داخل خانه به زیر زمین کشیده شده و سرما به خانه انتقال پیدا می کند. این روش ۳۰ تا ۵۰ درصد مصرف برق را کاهش می دهد. همچنین در مقابل دزدی و مواردی از این دست هم ماندگاری بالاتری دارند.