يعد تصميم HVAC جانبًا أساسيًا لإنشاء بيئات داخلية مريحة وفعالة. كمهندس HVAC-R ، فإن فهم مبادئ تصميم HVAC أمر بالغ الأهمية لتصميم أنظمة تدفئة وتهوية وتكييف فعالة وموثوقة ومستدامة. باتباع أفضل الممارسات في تصميم أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) ، يمكن للمهندسين التأكد من أن أنظمتهم تلبي احتياجات شاغلي المبنى مع تقليل استهلاك الطاقة وتقليل التكاليف والامتثال لأنظمة السلامة. في منشور المدونة هذا ، سنناقش بعض المبادئ الأساسية وأفضل الممارسات في تصميم HVAC التي يجب أن يعرفها كل مهندس.
أساسيات تصميم HVAC
حسابات الحمل
يتمثل أحد الأهداف الأساسية لتصميم HVAC في ضمان قدرة النظام على تسخين وتبريد المساحة الداخلية بكفاءة بناءً على متطلبات الحمل. تأخذ حسابات الحمل في الاعتبار عوامل مثل اتجاه المبنى والعزل والإشغال والمناخ لتحديد أحمال التدفئة والتبريد. تُستخدم هذه المعلومات في تحديد حجم معدات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء ومجاري الهواء وفقًا لذلك.
أهم عوامل حساب الحمولة هي:
- اتجاه المبنى والموقع
- مستويات العزل في الجدران والسقوف والأرضيات
- منطقة النافذة والاتجاه
- الإشغال وأحمال المعدات
- متطلبات التسلل والتهوية
- المناخ والظروف الخارجية
- مكاسب الحرارة الداخلية من الإضاءة والأجهزة
- متطلبات التحكم في الرطوبة
- الكتلة الحرارية لمواد البناء
- مكاسب وخسائر حرارة القناة
يمكن أن تختلف هذه العوامل بشكل كبير اعتمادًا على المبنى المحدد والاستخدام المقصود منه ، لذلك من المهم للمهندسين إجراء حسابات دقيقة للحمل باستخدام طرق حساب قياسية في الصناعة للتأكد من أن نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) مصمم بشكل صحيح ومُحسَّن لكفاءة الطاقة وراحة الركاب.
توزيع الهواء
يعد التوزيع الصحيح للهواء ضروريًا للحفاظ على بيئات داخلية مريحة. يجب أن يضمن تصميم مجاري الهواء والناشرات توزيع الهواء المكيف بالتساوي في جميع أنحاء المكان ، دون إنشاء مسودات أو نقاط ساخنة / باردة. يعتمد التوزيع الصحيح للهواء على مبادئ تدفق الهواء ، والتي يمكن وصفها باستخدام المصطلحات التالية:
- العرض الجوي: الهواء الذي يتم توصيله إلى الفضاء المشغول بواسطة نظام HVAC
- هواء معاد: الهواء الذي يتم إرجاعه إلى نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) للتكييف وإعادة التوزيع
- تعريف: العملية التي يتم من خلالها خلط هواء الإمداد بهواء الغرفة لتحقيق درجة حرارة ورطوبة وجودة هواء موحدة
- تنفس: العملية التي يتم من خلالها إدخال الهواء الخارجي إلى الفضاء المشغول لتخفيف الملوثات الداخلية والحفاظ على جودة الهواء الصحي
عند تصميم نظام توزيع الهواء ، يجب مراعاة الاعتبارات التالية:
الحجم المناسب: يجب أن تكون مجاري الهواء والناشرات والسجلات بحجم مناسب لتوصيل الكمية المطلوبة من هواء الإمداد إلى المساحة المشغولة بالسرعة المناسبة.
- أنماط تدفق الهواء: يجب تصميم أنماط تدفق الهواء لتحقيق توزيع موحد للهواء في جميع أنحاء المكان المشغول ، مع الخلط والانتشار المناسبين لضمان ثبات درجة الحرارة والرطوبة وجودة الهواء.
- متطلبات التهوية: يجب أن يوفر نظام توزيع الهواء هواء خارجيًا كافيًا للحفاظ على جودة الهواء الداخلي الصحي وتخفيف الملوثات الداخلية.
- التحكم في الضوضاء: يجب تصميم نظام توزيع الهواء لتقليل مستويات الضوضاء ، مع الاختيار المناسب للمعدات والمكونات ومراعاة مبادئ التصميم الصوتي.
- الصيانة وسهولة الوصول: يجب تصميم نظام توزيع الهواء بحيث يسهل صيانته وإمكانية الوصول إليه ، مع لوحات وصول مناسبة وفلاتر ومكونات أخرى يمكن صيانتها واستبدالها بسهولة حسب الحاجة.
تنفس
تعتبر التهوية الكافية أمرًا ضروريًا للحفاظ على جودة الهواء الداخلي. يجب تصميم أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) لتوفير الهواء النقي للمساحة الداخلية مع إزالة الهواء القديم والملوثات. يتم تحديد معدل التهوية بناءً على عوامل مثل الإشغال واستخدام المبنى ومعايير جودة الهواء الداخلي.
تعتمد التهوية المناسبة على مبادئ تبادل الهواء والتخفيف ، والتي يمكن وصفها باستخدام المصطلحات التالية:
- الهواء في الهواء الطلق: الهواء الذي يدخل المبنى من الخارج لأغراض التهوية
- هواء داخلي: الهواء الموجود بالفعل في المكان المشغول ويتطلب تهوية للحفاظ على جودة هواء صحية
- سعر الصرف الجوي: معدل دخول الهواء الخارجي إلى المبنى واستنفاد الهواء الداخلي إلى الخارج ، معبرًا عنه بتغيرات الهواء في الساعة (ACH)
- فعالية التهوية: قدرة نظام التهوية على توزيع الهواء الخارجي في جميع أنحاء المكان المشغول وتخفيف الملوثات الداخلية
عند تصميم نظام تهوية ، يجب مراعاة الاعتبارات التالية:
- معدلات التهوية: يجب أن يوفر نظام التهوية الهواء الخارجي الكافي للحفاظ على جودة الهواء الداخلي الصحي ، على النحو المحدد في معايير الصناعة مثل ASHRAE 62.1.
- جودة الهواء الخارجي: يجب مراعاة جودة الهواء الخارجي عند تصميم نظام التهوية ، مع ترشيح ومعالجة مناسبة عند الضرورة لإزالة الملوثات مثل حبوب اللقاح والغبار والملوثات.
- توزيع الهواء: يجب تصميم نظام التهوية لتوزيع الهواء الخارجي في جميع أنحاء المكان المشغول ، مع ناشرات وسجلات مناسبة لضمان التهوية والخلط الفعالين.
- كفاءة الطاقة: يجب تصميم نظام التهوية لتقليل استهلاك الطاقة إلى الحد الأدنى ، مع وجود ضوابط مناسبة واختيار المعدات لتحسين الأداء وتقليل تكاليف التشغيل.
- الصيانة وسهولة الوصول: يجب تصميم نظام التهوية لسهولة الصيانة وإمكانية الوصول ، مع لوحات وصول مناسبة وفلاتر ومكونات أخرى يمكن صيانتها واستبدالها بسهولة حسب الحاجة.
مراقبة الرطوبة
يجب أيضًا تصميم أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء للحفاظ على مستويات الرطوبة المناسبة. يمكن أن تؤدي مستويات الرطوبة المرتفعة إلى نمو العفن ومشاكل أخرى تتعلق بجودة الهواء الداخلي ، في حين أن مستويات الرطوبة المنخفضة يمكن أن تسبب عدم الراحة ومشاكل صحية.
الرطوبة هي كمية الرطوبة في الهواء ، وعادة ما يتم التعبير عنها بالرطوبة النسبية (RH). يعتمد التحكم المناسب في الرطوبة على مبادئ إزالة الرطوبة وإضافة الرطوبة ، والتي يمكن وصفها باستخدام المصطلحات التالية:
- إزالة الرطوبة: عملية إزالة الرطوبة من الهواء لخفض مستوى الرطوبة النسبية. يمكن تحقيق ذلك من خلال معدات مثل وحدات تكييف الهواء أو مزيلات الرطوبة أو عجلات المجففة.
- الترطيب: عملية إضافة الرطوبة إلى الهواء لرفع مستوى الرطوبة النسبية. يمكن تحقيق ذلك من خلال معدات مثل أجهزة الترطيب بالبخار أو أجهزة ترطيب الهواء.
- الرطوبة: جهاز يقيس مستوى الرطوبة النسبية ويتحكم في تشغيل جهاز الترطيب أو إزالة الرطوبة.
عند تصميم نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء مع التحكم في الرطوبة ، يجب مراعاة الاعتبارات التالية:
- تحجيم المعدات المناسب: يجب أن يكون حجم المعدات المستخدمة للتحكم في الرطوبة مناسبًا لضمان الأداء الأمثل وكفاءة الطاقة.
- توزيع الهواء: يجب تصميم نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) لتوزيع الهواء الخالي من الرطوبة أو المرطب في جميع أنحاء المكان المشغول ، مع موزعات وسجلات مناسبة لضمان الخلط الفعال للهواء.
- كفاءة الطاقة: يجب تصميم نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) لتقليل استهلاك الطاقة ، مع وجود أدوات تحكم مناسبة واختيار المعدات لتحسين الأداء وتقليل تكاليف التشغيل.
- الصيانة وسهولة الوصول: يجب تصميم المعدات المستخدمة للتحكم في الرطوبة بحيث يسهل صيانتها وإمكانية الوصول إليها ، مع لوحات وصول مناسبة وفلاتر ومكونات أخرى يمكن صيانتها واستبدالها بسهولة حسب الحاجة.
الراحة الحرارية
يجب تصميم أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) للحفاظ على الراحة الحرارية لشاغلي المبنى. يتضمن ذلك موازنة عوامل مثل درجة الحرارة والرطوبة وحركة الهواء لخلق بيئة داخلية مريحة.
تعتبر الراحة البشرية جانبًا مهمًا من تصميم HVAC ، حيث إنها مرتبطة ارتباطًا وثيقًا براحة الركاب والإنتاجية. تتضمن الراحة الحرارية المناسبة موازنة درجة الحرارة والرطوبة وسرعة الهواء للحفاظ على جودة الهواء الداخلية المثلى وراحة الركاب. يقدم هذا الدليل إرشادات حول كيفية تصميم أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) مع الراحة الحرارية المناسبة لتحقيق جودة الهواء الداخلي المثلى وراحة الركاب.
معدات التحجيم (خطوات)
يعد التحجيم المناسب لمعدات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء أمرًا بالغ الأهمية لضمان قدرة النظام على تلبية متطلبات التدفئة والتبريد للمساحة الداخلية بكفاءة. فيما يلي بعض الخطوات التي يجب اتباعها عند تغيير حجم معدات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC):
- احسب أحمال التسخين والتبريد
- تتمثل الخطوة الأولى في تحديد حجم معدات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء في حساب أحمال التدفئة والتبريد بناءً على حسابات الحمل. يتضمن ذلك تحديد مقدار الحرارة المكتسبة أو المفقودة من خلال الجدران والنوافذ وعناصر البناء الأخرى ، بالإضافة إلى اكتساب الحرارة الداخلية من الأجهزة والركاب.
- حدد نوع المعدات
- بمجرد حساب أحمال التدفئة والتبريد ، يجب على المهندس اختيار النوع المناسب من معدات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء للتطبيق. يتضمن ذلك الاختيار بين الخيارات مثل الغلايات والأفران والمضخات الحرارية ومكيفات الهواء وأنظمة التهوية.
- تحديد سعة المعدات
- بمجرد تحديد نوع الجهاز ، يجب على المهندس تحديد السعة المناسبة بناءً على أحمال التدفئة والتبريد. تُقاس سعة المعدات عادةً بالأطنان أو وحدات حرارية بريطانية في الساعة ، وتستند إلى عوامل مثل حجم المساحة الداخلية وعدد الركاب والمناخ.
- ضع في اعتبارك عوامل أخرى
- بالإضافة إلى حسابات الحمل ، هناك عوامل أخرى يجب مراعاتها عند تحديد حجم معدات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء. على سبيل المثال ، يجب أن يأخذ المهندس في الاعتبار نظام مجاري الهواء في المبنى ، وكذلك أي متطلبات تقسيم المناطق أو اعتبارات خاصة مثل التحكم في الرطوبة أو تنقية الهواء.
- تحقق من الحجم بمواصفات الشركة المصنعة
- أخيرًا ، من المهم التحقق من أن حجم ونوع الجهاز المحدد مناسب بناءً على مواصفات الشركة المصنعة. يتضمن ذلك مراجعة البيانات الفنية للمعدات وتقييمات الأداء للتأكد من قدرتها على تلبية متطلبات التدفئة والتبريد للمساحة الداخلية.
اعتبارات الكفاءة
يعد تصميم أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة أمرًا بالغ الأهمية لتقليل استهلاك الطاقة وتكاليف التشغيل ، مع ضمان الراحة المثلى في الداخل أيضًا. فيما يلي بعض الاعتبارات التي يجب وضعها في الاعتبار عند تصميم أنظمة HVAC لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة:
حدد المعدات المناسبة
يعد اختيار معدات HVAC الموفرة للطاقة أمرًا بالغ الأهمية لتقليل استهلاك الطاقة وتكاليف التشغيل. عند اختيار المعدات ، يجب على المهندسين البحث عن خيارات معتمدة من ENERGY STAR ، حيث تم تصميم هذه الأنظمة لتلبية معايير كفاءة الطاقة الصارمة.
تحسين توزيع الهواء
يعد التوزيع المناسب للهواء ضروريًا للحفاظ على بيئات داخلية مريحة مع تقليل استهلاك الطاقة أيضًا. يجب على المهندسين تصميم أنظمة مجاري الهواء التي تقلل من انخفاض الضغط وتزيد من تدفق الهواء ، مع ضمان توزيع الهواء بالتساوي في جميع أنحاء المكان.
استخدم معدات متغيرة السرعة
يمكن أن يساعد استخدام معدات متغيرة السرعة في تقليل استهلاك الطاقة من خلال السماح للنظام بضبط الإخراج بناءً على متطلبات التدفئة والتبريد للمساحة الداخلية. يمكن أن يساعد هذا أيضًا في تقليل تآكل المعدات ، مما يؤدي إلى إطالة عمر المعدات وتقليل تكاليف الصيانة.
دمج أنظمة استعادة الطاقة
يمكن أن يساعد دمج أنظمة استعادة الطاقة مثل المبادلات الحرارية ومراوح تهوية استعادة الطاقة في تحسين كفاءة الطاقة من خلال التقاط وإعادة استخدام الطاقة التي كان من الممكن إهدارها لولا ذلك.
تحسين الضوابط
يمكن أن يساعد تحسين عناصر التحكم في نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء في تحسين كفاءة الطاقة من خلال ضمان عمل النظام فقط عند الحاجة وبالسعة المثلى. يتضمن ذلك استخدام منظمات الحرارة القابلة للبرمجة وأجهزة الاستشعار وأنظمة التحكم الأخرى التي يمكنها ضبط النظام تلقائيًا بناءً على الظروف الداخلية والخارجية.
يعد اتباع مبادئ تصميم HVAC المناسبة أمرًا ضروريًا لتحقيق جودة الهواء الداخلي المثلى وراحة الركاب وكفاءة الطاقة. يمكن لأنظمة HVAC المصممة بشكل صحيح أن تساعد أيضًا في تقليل تكاليف التشغيل وزيادة العمر الافتراضي لمعدات HVAC. يمكن أن يؤدي عدم اتباع مبادئ تصميم HVAC المناسبة إلى رداءة جودة الهواء الداخلي ، وعدم راحة الركاب ، ومخاطر السلامة ، وزيادة تكاليف التشغيل. لذلك ، من المهم لمهندسي ومصممي أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) مواكبة أحدث الممارسات في تصميم أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) والتأكد من أن تصاميمهم تلتزم بالمبادئ والمعايير المناسبة.
تشمل المبادئ الأساسية ما يلي:
- فهم المبادئ الأساسية لتصميم HVAC ، بما في ذلك حسابات الحمل وتوزيع الهواء والتهوية.
- تحديد الحجم المناسب لمعدات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء بناءً على حسابات الحمل وعوامل أخرى.
- تصميم أنظمة HVAC لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة عن طريق اختيار المعدات المناسبة وتحسين توزيع الهواء.
- أخذ اعتبارات السلامة في الاعتبار أثناء تصميم HVAC ، مثل ضمان التهوية المناسبة وتجنب المخاطر المحتملة.
- تحقيق الراحة الحرارية المناسبة من خلال موازنة درجة الحرارة والرطوبة وسرعة الهواء وتصميم أنظمة HVAC لتوزيع الهواء بالتساوي وتقليل استهلاك الطاقة.
