يمكن أن تكون أنظمة الهواء HVAC إما مركزية أو لامركزية. تستقبل أنظمة الهواء المركزية طاقة التبريد والتدفئة الخاصة بها من محطة مركزية بعيدة. تحتوي أنظمة هواء HVAC اللامركزية على معدات محطة التدفئة والتبريد المركزية داخل نظام الهواء نفسه. يمكن أن تكون أنظمة الهواء HVAC ذات حجم هواء ثابت (CAV) أو حجم هواء متغير (VAV). توفر أنظمة CAV تدفقًا ثابتًا للهواء عند درجة حرارة متغيرة. توفر أنظمة VAV تدفق هواء متغير الإمداد عند درجة حرارة ثابتة. يمكن تقسيم أنظمة الهواء CAV و VAV إلى أنظمة تعمل على تكييف منطقة درجة حرارة واحدة وأنظمة تعمل على تكييف مناطق درجة حرارة متعددة.
سواء كانت أنظمة الهواء HVAC مركزية أو لامركزية ، CAV أو VAV ، تخدم منطقة واحدة أو مناطق متعددة ، فإن خيارات ملفات التدفئة والتبريد داخل الوحدات هي نفسها. بشكل عام ، ملف التسخين في أنظمة هواء HVAC المركزية سيكون ماء ساخن ، بخار ، أو كهربائي ، وملف التبريد سيكون ماء مبرد. سيكون ملف التسخين في أنظمة HVAC اللامركزية كهربائيًا ، مباشرًا أو غير مباشر يعمل بالغاز أو (دورة عكسية) مبرد مباشر (DX) (للمضخات الحرارية فقط) ؛ سيكون ملف التبريد عبارة عن مبرد DX.
منطقة واحدة
يتكون نظام CAV أحادي المنطقة من وحدة معالجة الهواء التي توفر تدفقًا ثابتًا للهواء (الشكل 1). يتم تعديل قدرة التسخين و / أو التبريد للوحدة من خلال تغيير درجة حرارة تدفق هواء الإمداد لتلبية احتياجات ترموستات واحد مركب في أحد المساحات التي تخدمها الوحدة.
قد تخدم أنظمة CAV أحادية المنطقة مساحات متعددة ؛ لذلك ، من المهم التأكد من أن جميع المساحات التي يخدمها نظام CAV أحادي المنطقة لها خصائص تحميل HVAC مماثلة.
التدفئة والتهوية
تُستخدم أنظمة التدفئة والتهوية (H&V) لخدمة المساحات التي تتطلب تدفئة فقط وتتطلب أيضًا تهوية الهواء الخارجي لتهوية الراكب أو تركيب هواء العادم. غالبًا ما يتم تكوين وحدات H&V لتوصيل هواء خارجي بنسبة 100٪. ومع ذلك ، قد يكون لديهم إمكانيات عودة الهواء إذا كان تدفق الهواء الخارجي أقل من تدفق هواء الإمداد المطلوب لتوفير تدفئة فعالة للمساحات التي يتم تقديمها خلال فصل الشتاء. إذا قامت الوحدات بتسخين المساحات التي تخدمها خلال الفترات غير المشغولة عند إيقاف تشغيل أنظمة العادم وإغلاق مخمدات الهواء الخارجية ، فقد تكون وحدات H&V مجهزة أيضًا بقدرات عودة الهواء. عادةً ما تقوم وحدات H&V بإعادة تدوير 100٪ من الهواء أثناء وضع التشغيل غير المشغول.
خلال فصل الصيف ، من الشائع لوحدات H & V وضع مخمدات الهواء الخارجية والعودة لتوصيل 100٪ من الهواء الخارجي إلى المساحات التي يتم تقديمها من أجل الحفاظ على درجة حرارة الفضاء عند 5 إلى 10 درجات فهرنهايت أعلى من درجة الحرارة الخارجية. إذا كان للوحدات H &: V إمكانات عودة الهواء ، فيجب اتخاذ الترتيبات داخل المساحات التي يتم تقديمها إما لتخفيف أو استنفاد الهواء الخارجي الزائد الذي يتم إدخاله أثناء وضع التشغيل الصيفي.
التحكم في درجة الحرارة لأنظمة H & V هو نفسه لنظام CAV أحادي المنطقة الموصوف سابقًا ، باستثناء ترموستات الفضاء الذي سيتحكم في سعة التدفئة لوحدة H&V فقط. بعض الأمثلة الشائعة للمساحات التي تتطلب أنظمة H&V هي الصالات الرياضية وغرف خلع الملابس والمطابخ:
متعدد المناطق
أنظمة CAV ليست مناسبة تمامًا لتوفير مناطق متعددة للتحكم في درجة الحرارة لأن خدمة مناطق متعددة بأنظمة CAV تتطلب تكلفة طاقة أعلى ، وفي بعض الحالات ، تكلفة أولى أعلى من خيارات VAV المتوفرة عادةً. ومع ذلك ، من خلال استخدام تكوينات إعادة التسخين والقنوات المزدوجة والمتعددة المناطق ، يمكن لأنظمة CAV أن تخدم مناطق درجات حرارة متعددة لتطبيقات معينة ، لا سيما تجديد الأنظمة الحالية.
إعادة تسخين
يتكون نظام إعادة التسخين CAV من وحدة CAV التي تتفرع مجاري هواء الإمداد لخدمة مناطق متعددة داخل المنطقة التي تخدمها الوحدة (الشكل 2). يتم تثبيت ملف إعادة التسخين داخل القناة الفرعية لكل منطقة. عادةً ما يتم الحفاظ على درجة حرارة هواء التفريغ من وحدة CAV عند 55 درجة فهرنهايت تقريبًا بحيث يمكنها تلبية احتياجات التبريد لمناطق درجة الحرارة ، إذا لزم الأمر. يتحكم منظم الحرارة للتدفئة فقط الموجود في كل منطقة في ناتج التسخين لملف إعادة تسخين المنطقة المرتبطة به. يقوم هذا الملف بإعادة تسخين هواء الإمداد من وحدة CAV كما هو مطلوب للحفاظ على نقطة ضبط ترموستات المنطقة. إذا لم تكن هناك حاجة للتدفئة في المنطقة ، فسيتم إغلاق ملف التسخين. يجب أن يكون حجم ملف إعادة تسخين المنطقة ليس فقط لمواجهة خسائر حرارة غلاف المبنى للمنطقة ولكن أيضًا لرفع تدفق الهواء من درجة حرارة هواء التفريغ (عادةً 55 درجة فهرنهايت) إلى نقطة ضبط تبريد المنطقة (عادةً 75 درجة فهرنهايت).
أنظمة إعادة تسخين CAV ليست فعالة في استخدام الطاقة لأن التبريد المتزامن (في وحدة CAV) والتدفئة (عند ملف إعادة التسخين) لتدفق هواء الإمداد يحدثان. يجب توخي الحذر عند تصميم أنظمة إعادة تسخين CAV لأن قانون حفظ الطاقة الدولي لعام 2018 ، القسم 503.4.5 ، يتطلب تقليل تدفق هواء الإمداد إلى 30٪ على الأقل من الحد الأقصى لتدفق هواء الإمداد إلى كل منطقة قبل حدوث إعادة التسخين. الاستثناء الوحيد لهذه القاعدة هو المناطق التي لها متطلبات خاصة للتحكم في الرطوبة.
قناة مزدوجة
يشتمل نظام CAV ثنائي القناة على مجاري هواء إمداد منفصلين ، وقناة ساخنة واحدة وقناة باردة ، متصلة بوحدة معالجة هواء CAV تم تكوينها خصيصًا (الشكل 3). ينقسم تدفق هواء الإمداد داخل الوحدة في اتجاه مجرى التيار لمروحة الإمداد إلى ما يسمى السطح الساخن والسطح البارد. يتم تثبيت ملف تسخين داخل الوحدة في السطح الساخن ويتم تثبيت ملف تبريد داخل الوحدة في السطح البارد. يتم نفخ جزء من تدفق هواء الإمداد عبر السطح الساخن ويتم الكشف عنه: من خلال القناة الساخنة الرئيسية المتصلة بالوحدة. يتم دفع تدفق الهواء المتبقي عبر السطح البارد. ويتم تفريغها من خلال مجرى التبريد الرئيسي المتصل بالوحدة. يتم توجيه مجاري الإمداد الساخنة والباردة بالتوازي مع بعضها البعض من خلال المبنى وتتفرع لخدمة مناطق متعددة داخل المنطقة التي تخدمها الوحدة.
تم تجهيز كل منطقة بصندوق خلط ثنائي القنوات ، والذي يحتوي على وصلات مداخل مجاري ساخنة وباردة ، كل منها مجهز بمخمد يعمل بمحرك ومستشعر تدفق هواء المدخل. يحتوي صندوق الخلط ثنائي القناة على مخرج مجرى واحد يتم من خلاله إمداد المنطقة بالهواء. يتم التحكم في درجة حرارة الهواء الذي يتم توفيره للمنطقة عن طريق تعديل تدفقات الهواء الساخن والبارد في صندوق الخلط ثنائي القناة كما هو مطلوب للحفاظ على نقطة ضبط ترموستات المنطقة. بالنسبة لصناديق الخلط ذات مجاري الهواء المزدوجة CAV ، يظل إجمالي تدفق هواء الإمداد إلى المنطقة ثابتًا.
عادةً ما يتم الحفاظ على درجة حرارة هواء السطح البارد من وحدة معالجة الهواء CAV عند 85 درجة فهرنهايت تقريبًا بحيث يكون التبريد متاحًا إذا كانت مناطق درجة الحرارة مطلوبة. يتم الحفاظ على درجة حرارة السطح الساخن من وحدة CAV عند 55 درجة فهرنهايت تقريبًا بحيث يكون التسخين متاحًا إذا كانت مناطق درجة الحرارة مطلوبة. يمكن أن يكون ملف التسخين في وحدة معالجة الهواء ذات القناة المزدوجة عبارة عن ماء ساخن أو بخار أو كهربائي. عادة ما يكون ملف التبريد عبارة عن ماء مبرد. نادرًا ما تستخدم وحدات معالجة الهواء ثنائية القناة ملف تبريد مبرد DX.
لا تحتوي أنظمة CAV ثنائية القناة عمومًا على تطبيق للمباني التجارية بسبب التكلفة الأولى المرتفعة. وبالتالي ، لن نناقش أنظمة القنوات المزدوجة بأي تفاصيل أخرى صُممت أنظمة CAV ثنائية القناة منذ سنوات بشكل أساسي لخدمة مناطق المختبرات داخل المباني. لذلك ، من الضروري لمصمم نظام HV AC أن يفهم هذا النوع من النظام إذا كان المشروع ينطوي على تجديد مبنى بنظام CAV مزدوج القناة. ومع ذلك ، يوجد اليوم المزيد من أنظمة HVAC المودم المتاحة لخدمة مناطق المختبرات التي تتميز بتكلفة أولى أقل وتكلفة تشغيل أقل من أنظمة CAV ثنائية القناة. لذلك ، من غير المحتمل أن يتطلب المبنى الجديد نظام CAV ثنائي القناة.
منطقة متعددة
تتشابه أنظمة Multizone CAV مع أنظمة CAV ثنائية القناة من حيث وجود سطح ساخن وسطح بارد داخل وحدة معالجة الهواء (الشكل 4). الفرق هو أنه يتم خلط تيار الهواء الساخن والبارد لكل منطقة في وحدة معالجة الهواء. يوجد مخمد يعمل بالهواء الساخن والبارد يعمل بمحرك مثبت على تفريغ وحدة مناولة الهواء لكل منطقة ؛ أي ، إذا كانت الوحدة عبارة عن وحدة من خمس مناطق ، فستكون هناك خمس مخمدات تعمل بمحرك على سطح ساخن وخمسة مخمدات تعمل بمحرك على سطح بارد مثبتة على تفريغ الوحدة. يوجد اتصال مجرى واحد على المخرج المشترك لكل مخمد ساخن وبارد يخدم كل منطقة يتم من خلالها إمداد المنطقة بالهواء. يتم التحكم في درجة حرارة الهواء المزود لكل منطقة عن طريق تعديل تدفقات الهواء الساخن والبارد في وحدة معالجة الهواء كما هو مطلوب للحفاظ على نقطة ضبط ترموستات المنطقة. بالنسبة لأنظمة CAV متعددة المناطق ، يظل إجمالي تدفق هواء الإمداد إلى كل منطقة ثابتًا. تتشابه درجات حرارة سطح السفينة الساخنة والباردة لأنظمة CAV متعددة المناطق مع درجات حرارة سطح السفينة لأنظمة CAV ثنائية القناة.
لا تُستخدم أنظمة Multizone CAV بشكل شائع في المباني التجارية لأن خيارات VAV المتوفرة عادةً ما يكون لها تكلفة أولى أقل وتكلفة تشغيل أقل. أيضًا ، فإن عدد المناطق التي يمكن أن تستوعبها وحدة متعددة المناطق محدود بالمساحة المادية المتاحة لتركيب المخمدات التي تعمل بمحرك ساخن وبارد لكل منطقة عند تفريغ وحدة معالجة الهواء. لذلك ، لا يمكن للوحدات متعددة المناطق أن تخدم أكثر من ثماني مناطق. لا يقتصر عدد المناطق التي يمكن أن يخدمها نظام VAV بالمعدات ولكن يتم تحديده حسب احتياجات المناطق التي يتم تقديمها.
كتاب تصميم HVAC - دبليو لارسن أنجل ، PE ، LEED AP، هو مدير في شركة الاستشارات الهندسية MEP ، Green Building Energy Engineers. لقد عمل في مجال الهندسة الإستشارية في مجال الهندسة الكهربائية والميكانيكية لأكثر من 30 عامًا. ساهم السيد Angel في تطوير معايير التصميم ويواصل البحث عن طرق جديدة لتبسيط عملية تصميم نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC).
