سیستم های هوای HVAC می توانند متمرکز یا غیرمتمرکز باشند. سیستم های هوای متمرکز انرژی سرمایش و گرمایش خود را از یک نیروگاه مرکزی از راه دور دریافت می کنند. سیستم های هوای HVAC غیرمتمرکز شامل تجهیزات مرکزی گرمایش و سرمایش در خود سیستم هوا می باشد. سیستم های هوای HVAC همچنین می توانند حجم هوای ثابت (CAV) یا حجم هوای متغیر (VAV) باشند. سیستم های CAV جریان هوای ثابت را در دمای متغیر ارائه می دهند. سیستم های VAV جریان هوای عرضه متغیر را در دمای ثابت ارائه می دهند. سیستم‌های هوای CAV و VAV را می‌توان به سیستم‌هایی تقسیم کرد که یک منطقه دمایی واحد را تنظیم می‌کنند و سیستم‌هایی که چندین منطقه دمایی را تنظیم می‌کنند.
چه سیستم های هوای HVAC متمرکز یا غیرمتمرکز باشند، CAV یا VAV، در خدمت یک منطقه واحد یا چندین منطقه هستند، انتخاب ها برای کویل های گرمایش و سرمایش در واحدها یکسان است. به طور کلی، کویل گرمایش در سیستم‌های هوای HVAC متمرکز، آب گرم، بخار یا برق است و کویل خنک‌کننده آب سرد خواهد بود. سیم پیچ گرمایش در سیستم های HVAC غیرمتمرکز، مبرد الکتریکی، مستقیم یا غیرمستقیم گازسوز یا (چرخه معکوس) انبساط مستقیم (DX) (فقط برای پمپ های حرارتی) خواهد بود. کویل خنک کننده مبرد DX خواهد بود.
تک منطقه ای
یک سیستم CAV تک منطقه ای از یک واحد حمل و نقل هوا تشکیل شده است که جریان هوای تغذیه ثابت را ارائه می دهد (شکل 1). ظرفیت گرمایش و/یا سرمایش واحد با تغییر دمای جریان هوای تغذیه تعدیل می‌شود تا نیازهای یک ترموستات نصب شده در یکی از فضاهای مورد استفاده واحد را برآورده کند.
سیستم های CAV تک منطقه ای ممکن است چندین فضا را خدمت کنند. بنابراین، مهم است که اطمینان حاصل شود که تمام فضاهایی که توسط یک سیستم CAV تک منطقه ای خدمت می کنند، ویژگی های بار HVAC مشابهی دارند.
گرمایش و تهویه
سیستم های گرمایش و تهویه (H&V) برای سرویس دهی به فضاهایی استفاده می شود که فقط به گرمایش نیاز دارند و همچنین به تهویه هوای بیرون برای تهویه سرنشینان یا آرایش هوای خروجی نیاز دارند. واحدهای H&V اغلب به گونه ای پیکربندی می شوند که 100٪ هوای بیرون را ارائه دهند. با این حال، اگر جریان هوای خارج از منزل کمتر از جریان هوای تأمینی باشد که برای تأمین گرمایش مؤثر فضاهای مورد استفاده در زمستان لازم است، آنها ممکن است قابلیت هوای برگشتی داشته باشند. اگر واحدها فضاهای مورد استفاده خود را در دوره‌های خالی که سیستم‌های اگزوز خاموش هستند و دمپرهای هوای بیرون بسته هستند گرم کنند، واحدهای H&V ممکن است به قابلیت‌های هوای برگشت نیز مجهز شوند. واحدهای H&V معمولاً 100٪ هوا را در حالت غیر اشغالی به گردش در می آورند.
در طول تابستان برای واحدهای H&:V معمول است که دمپرهای هوای بیرون و برگشتی خود را برای رساندن 100% هوای بیرون به فضاهای مورد استفاده قرار دهند تا دمای فضا را در 5 تا 10 درجه فارنهایت بالاتر از دمای بیرون حفظ کنند. اگر واحدهای H&:V دارای قابلیت هوای برگشتی هستند، باید در فضاهای مورد استفاده برای تسکین یا تخلیه هوای اضافی خارج از منزل که در طول حالت کار تابستانی وارد می‌شود، تمهیداتی در نظر گرفته شود.
کنترل دما برای سیستم‌های H&:V مانند سیستم CAV تک منطقه‌ای است که قبلاً توضیح داده شد، با این تفاوت که ترموستات فضایی فقط ظرفیت گرمایش واحد H&V را کنترل می‌کند. برخی از نمونه های متداول فضاهایی که به سیستم های H&V نیاز دارند عبارتند از: سالن های بدنسازی، رختکن و آشپزخانه:
چند منطقه ای
سیستم‌های CAV برای ارائه چندین ناحیه کنترل دما مناسب نیستند زیرا سرویس دهی به چندین منطقه با سیستم‌های CAV هزینه انرژی بالاتر و در برخی موارد هزینه اولیه بالاتری نسبت به گزینه‌های VAV که معمولاً در دسترس هستند، به همراه دارد. با این حال، از طریق استفاده از پیکربندی‌های گرمایش مجدد، مجرای دوگانه و چند منطقه‌ای، سیستم‌های CAV می‌توانند چندین منطقه دمایی را برای کاربردهای خاص، به‌ویژه نوسازی سیستم‌های موجود، ارائه دهند.
دوباره گرم کنید
یک سیستم گرمایش مجدد CAV از یک واحد CAV تشکیل شده است که مجرای هوای تغذیه آن به بیرون منشعب می شود تا به چندین ناحیه در منطقه مورد استفاده واحد خدمات رسانی کند (شکل 2). یک سیم پیچ گرمایش مجدد در داخل مجرای انشعاب به هر منطقه نصب شده است. به طور معمول، دمای هوای تخلیه از واحد CAV تقریباً در 55 درجه فارنهایت حفظ می شود تا در صورت نیاز بتواند نیازهای خنک کننده مناطق دمایی را برآورده کند. یک ترموستات فقط گرمایشی که در هر منطقه قرار دارد، خروجی گرمایش سیم پیچ گرمایش منطقه مربوطه را کنترل می کند. این سیم پیچ هوای تامین شده از واحد CAV را همانطور که برای حفظ نقطه تنظیم ترموستات منطقه لازم است دوباره گرم می کند. در صورت عدم نیاز به گرمایش در منطقه، سیم پیچ گرمایشی خاموش می شود. سیم پیچ گرمایش مجدد منطقه نه تنها باید اندازه شود تا تلفات حرارتی پوشش ساختمان را برآورده کند، بلکه باید جریان هوای تامین را از دمای هوای تخلیه (معمولاً 55 درجه فارنهایت) به نقطه تنظیم خنک کننده منطقه (معمولاً 75 درجه فارنهایت) افزایش دهد.
سیستم‌های حرارت‌دهی مجدد CAV از نظر انرژی کارآمد نیستند، زیرا خنک‌سازی همزمان (در واحد CAV) و گرمایش (در سیم‌پیچ گرم‌کردن) جریان هوای منبع تامین می‌شود. هنگام طراحی سیستم های گرمایش مجدد CAV باید دقت شود زیرا آیین نامه بین المللی صرفه جویی در انرژی سال 2018، بخش 503.4.5، نیاز دارد که جریان هوای عرضه به حداقل 30 درصد حداکثر جریان هوای عرضه به هر منطقه قبل از گرم شدن مجدد کاهش یابد. یکی از استثناهای این قانون برای مناطق . است که الزامات ویژه ای برای کنترل رطوبت دارند.
دو کاناله
یک سیستم CAV دو کاناله شامل دو مجرای هوای تغذیه مجزا، یک مجرای گرم و یک مجرای سرد است که به یک واحد کنترل هوای CAV با پیکربندی خاص متصل شده است (شکل 3). جریان هوای تامین در داخل واحد پایین دست فن منبع تغذیه به دو عرشه گرم و عرشه سرد تقسیم می شود. یک کویل گرمایش در داخل واحد در عرشه گرم و یک کویل خنک کننده در داخل واحد در عرشه سرد نصب می شود. بخشی از جریان هوای تغذیه از طریق عرشه داغ دمیده شده و از طریق مجرای داغ اصلی متصل به واحد عبور می کند. جریان هوای باقیمانده از طریق عرشه سرد دمیده می شود. و از طریق مجرای سرد اصلی متصل به واحد تخلیه می شود. هر دو مجرای تغذیه سرد و گرم به موازات یکدیگر از طریق ساختمان عبور می کنند و منشعب می شوند تا به چندین منطقه در منطقه مورد استفاده واحد خدمات رسانی کنند.
هر زون مجهز به جعبه اختلاط دو کاناله است که دارای اتصالات ورودی مجرای سرد و گرم است که هر کدام مجهز به دمپر موتوری و سنسور جریان هوای ورودی هستند. جعبه مخلوط دو کاناله دارای یک خروجی مجرای واحد است که از طریق آن هوا به منطقه تامین می شود. دمای هوای عرضه شده به منطقه با تعدیل جریان هوای سرد و گرم در جعبه اختلاط دو مجرای مطابق با نیاز برای حفظ نقطه تنظیم ترموستات منطقه کنترل می شود. برای جعبه های اختلاط دو مجرای CAV، جریان هوای کل به منطقه ثابت می ماند.
به طور معمول، دمای هوای سرد عرشه از واحد جابجایی هوا CAV تقریباً در 85 درجه فارنهایت حفظ می‌شود تا در صورت نیاز مناطق دما، خنک‌سازی در دسترس باشد. دمای عرشه داغ از واحد CAV تقریباً 55 درجه فارنهایت حفظ می شود تا در صورت نیاز مناطق دما، گرمایش در دسترس باشد. کویل گرمایش در یک واحد انتقال هوای دو کاناله می تواند آب گرم، بخار یا برق باشد. کویل خنک کننده معمولاً آب سرد خواهد بود. واحدهای جابجایی هوای دو کاناله به ندرت از سیم پیچ خنک کننده مبرد DX استفاده می کنند.
سیستم‌های CAV دو مجرای معمولاً برای ساختمان‌های تجاری به دلیل هزینه اولیه بالا کاربرد ندارند. بنابراین، سیستم‌های دو مجرای را با جزئیات بیشتری مورد بحث قرار نخواهیم داد. بنابراین، لازم است طراح سیستم HV AC نوع سیستم را درک کند، اگر یک پروژه شامل نوسازی ساختمان با سیستم CAV دو کاناله باشد. با این حال، امروزه سیستم‌های تهویه مطبوع مودم بیشتری برای سرویس‌دهی به مناطق آزمایشگاهی موجود است که هزینه اولیه کمتر و هزینه عملیاتی کمتری نسبت به سیستم‌های CAV دو کاناله دارند. بنابراین، بعید است که یک ساختمان جدید به سیستم CAV دو کاناله نیاز داشته باشد.
چند منطقه ای
سیستم‌های CAV چند ناحیه‌ای شبیه به سیستم‌های CAV دو مجرای هستند، زیرا یک عرشه گرم و یک عرشه سرد در واحد حمل هوا وجود دارد (شکل 4). تفاوت این است که جریان هوای سرد و گرم برای هر منطقه در واحد حمل و نقل هوا مخلوط می شود. یک دمپر با موتور هوای سرد و گرم وجود دارد که برای هر منطقه بر روی تخلیه واحد انتقال هوا نصب شده است. یعنی اگر واحد پنج منطقه ای باشد، پنج دمپر موتوردار عرشه گرم و پنج دمپر موتوردار عرشه سرد روی دبی واحد نصب می شود. یک اتصال مجرای واحد در خروجی ترکیبی هر دمپر سرد و گرم وجود دارد که در خدمت هر منطقه است که از طریق آن هوا به منطقه تامین می شود. دمای هوای عرضه شده به هر منطقه با تعدیل جریان هوای سرد و گرم در واحد کنترل هوا در صورت نیاز برای حفظ نقطه تنظیم ترموستات منطقه کنترل می شود. برای سیستم‌های چندمنطقه‌ای CAV، کل جریان هوای عرضه به هر منطقه ثابت می‌ماند. دمای عرشه گرم و سرد برای سیستم‌های CAV چند ناحیه‌ای مشابه دمای عرشه برای سیستم‌های CAV دو کاناله است.
سیستم‌های CAV چند منطقه‌ای معمولاً در ساختمان‌های تجاری استفاده نمی‌شوند، زیرا گزینه‌های VAV موجود معمولاً هزینه اولیه کمتر و هزینه عملیاتی کمتری دارند. همچنین، تعداد مناطقی که می‌تواند توسط یک واحد چندمنطقه‌ای در نظر گرفته شود، با فضای فیزیکی موجود برای نصب دمپرهای موتور گرم و سرد برای هر زون بر روی تخلیه یونیت هندلینگ محدود می‌شود. بنابراین، واحدهای چندمنطقه ای نمی توانند بیش از هشت منطقه خدمات رسانی کنند. تعداد مناطقی که می تواند توسط یک سیستم VAV سرویس دهی شود، توسط تجهیزات محدود نمی شود، بلکه بر اساس نیازهای مناطق مورد استفاده تعیین می شود.
کتاب منبع طراحی HVAC - W. Larsen Angel، PE، LEED AP، یک مدیر ارشد در شرکت مهندسی مشاور MEP Engineers Green Building Energy است. او بیش از 30 سال در صنعت مهندسی مشاور MEP کار کرده است. آقای فرشته به توسعه استانداردهای طراحی کمک کرده است و همچنان به یافتن راه‌های جدید برای ساده‌سازی فرآیند طراحی سیستم HVAC ادامه می‌دهد.
